Python的面向对象的三大特性之继承

一、继承

1、什么是继承
  继承是一种创新类的方式，在python中，
  新建的类可称子类或者派生类，父类称为基类或者超类
  子类会继承父类所有属性
需要注意的是：
    python支持多继承
    新建的类可以继承一个或者多个父类

class Parent1:
    pass
class Parent2:
    pass
class Sub1(Parent1): # 单继承
    pass
class Sub2(Parent1,Parent2): # 多继承
    pass

# 查看子类调用的父类
print(Sub1.__bases__) # (<class '__main__.Parent1'>,)
print(Sub2.__bases__) # (<class '__main__.Parent1'>, <class '__main__.Parent2'>)

python的多继承
  优点：子类可以同时继承多个父类的属性，最大限度的重用代码。
  缺点：
      1、违背人的思维习惯，继承表达的是一种什么“是”什么的关系。
      2、代码可读性会变差
　　　 3、不建议使用多继承，扩展性变差，如果真的涉及到一个子类不可避免的要重用多个父类的属性，应该使用Mixins

单继承：继承表达的是一种什么“是”什么的关系
  人类
  动物类
  共同的特点：吃，睡，跑，叫，也就是说人是动物
多继承：就不能像单继承那样，一个事物不能同时是多个事物，逻辑冲突

class A:
    pass
class B(A):
    x = 222
class C(B):
    pass
class D(C):
    pass

print(D.x) # 222 先去D找，再去C找，再去B找

# ps1：在python2中有经典类和新式类之分
# 新式类：继承了object类的子类，以及该子类的子类
# 经典类：没有继承object类的子类，以及该子类的子类子子类
# 总结：object类是python内置的类，也就是所有类的超类
"""
>>> class Foo:  # 经典类
...     pass
...
>>> Foo.__bases__
()
>>> class Bar(object):  # 新式类
...     pass
...
>>> Bar.__bases__
(<type 'object'>,)
>>>
"""
# ps2:在python3中有没有经典类和新式类之分?
#       在python3之中没有继承任何类，那么会默认继承object类，所以python3中所有的类都是新式类
print(Parent1.__bases__)  # (<class 'object'>,)
print(Parent2.__bases__)  # (<class 'object'>,)

# 所以思考如何让python3中的类在python2中兼容？加入（object）
class Parent3(object):  # 兼容python2
    pass

2、为何要用继承？
  用来解决代码冗余，
      类是解决对象之间代码冗余，
      继承是解决类之间代码冗余。

class Parent4:
    x = 1
class Sub4(Parent4):
    y = 2

print(Sub4.x,Sub4.y) # 1 2

 3、要找出类与类之间的继承关系，需要先抽象，再继承。抽象即总结相似之处，总结对象之间的相似之处得到类，总结类与类之间的相似之处就可以得到父类，如下图所示

 

 基于抽象的结果，我们就找到了继承关系

 4、继承的使用

# 思考一下找到学生和老师的共同之处：
# 示范1：基于类与类之间存在冗余问题

# 选课系统
# 定义学生类
class Student:
    school = 'OLDBOY'
    # 定义学生属性
    def __init__(self,stu_id,name,age,sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex
    # 定义学生功能
    def choose_course(self):
        print('%s 正向选课' % self.name)

# 定义老师类
class Teacher:
    school = 'OLDBOY'

    def __init__(self,name,age,sex,salary,level):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex
        self.salary = salary
        self.level = level

    def score(self):
        print('老师 %s 正在给学生打分' % self.name)

# 派生的三种情况：新建，修改，扩展

# 提取出共有的属性
class OldboyPeople:
    school = 'OLDBOY'
    # 定义共有属性
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex

# 选课系统
# 定义学生类
class Student(OldboyPeople):

    # 派生之一：新建一个功能
    def choose_course(self):
        print('%s 正向选课' % self.name)

    # 派生之二：修改
    school = '派生之二修改OLDBOY学校名'

# 实例话学生
stu_obj = Student('lili',18,'female')
print(stu_obj.__dict__)  # {'name': 'lili', 'age': 18, 'sex': 'female'}
print(stu_obj.school)  # 派生前OLDBOY 派生后运行结果：派生之二修改OLDBOY学校名
stu_obj.choose_course()  # lili 正向选课

"""
    对象本身,lsj',18,'male',3000,2
init中(self,name,age,sex,salary,level)
"""
class Teacher(OldboyPeople):
    # 派生之三：扩展
    def __init__(self,name,age,sex,salary,level):
        # 指名道姓的跟父类要init这个方法（name,age,sex）
        OldboyPeople.__init__(self,name,age,sex)
        self.salary = salary
        self.level = level

    def score(self):
        print('老师 %s 正在给学生打分' % self.name)

tea_obj = Teacher('lsj',18,'male',3000,2)
# 派生之三前运行结果：TypeError: __init__() takes 4 positional arguments but 6 were given

print(tea_obj.__dict__)
# 派生之三后运行结果：{'name': 'lsj', 'age': 18, 'sex': 'male', 'salary': 3000, 'level': 2}

print(tea_obj.school)  # OLDBOY
tea_obj.score()  # 老师 lsj 正在给学生打分

5、单继承下属性的查找顺序

# 单继承背景下的属性查找
# 示范一
class Foo:
    def f1(self):
        print('Foo.f1')
    def f2(self):
        print('Foo.f2')
        self.f1()  # obj.f1()

class Bar(Foo):
    def f1(self):
        print('Bar.f1')

obj = Bar()
obj.f2()
# 运行结果：Foo.f2  Bar.f1
# 为什么是这样的结果：不是就近查找

# 单继承背景下的属性查找
# 需求必须调用Foo类下的f1该怎么办？
# 示范一
class Foo:
    def f1(self):
        print('Foo.f1')
    def f2(self):
        print('Foo.f2')
        Foo.f1(self) # 调用当前类中的f1，运行结果：Foo.f1
        self.f1()  # obj.f1()

class Bar(Foo):
    def f1(self):
        print('Bar.f1')

obj = Bar()
obj.f2()
# 运行结果：Foo.f2  Bar.f1
# 为什么是这样的结果：不是就近查找

# 示范二 
class Foo:
    # 使用隐藏属性
    def __f1(self):   # _Foo__f1
        print('Foo.f1')
    def f2(self):
        print('Foo.f2')
        self.__f1()  # self._Foo__f1

class Bar(Foo):
    def __f1(self):  # _Bar__f1
        print('Bar.f1')

obj = Bar()
obj.f2()
# 运行结果：Foo.f2  Foo.f1

 

二、继承的实现原理

2.1、菱形问题

　　大多数面向对象语言都不支持多继承，而在Python中，一个子类是可以同时继承多个父类的，这固然可以带来一个子类可以对多个不同父类加以重用的好处，但也有可能引发著名的 Diamond problem菱形问题(或称钻石问题，有时候也被称为“死亡钻石”)，菱形其实就是对下面这种继承结构的形象比喻

 

A类在顶部，B类和C类分别位于其下方，D类在底部将两者连接在一起形成菱形。注意：A不是Object的类，A是继承了object类

 　　这种继承结构下导致的问题称之为菱形问题：如果A中有一个方法，B和/或C都重写了该方法，而D没有重写它，那么D继承的是哪个版本的方法：B的还是C的？如下所示

class A(object):
    def test(self):
        print('from A')

class B(A):
    def test(self):
        print('from B')

class C(A):
    def test(self):
        print('from C')

class D(B,C):
    pass

obj = D()
obj.test() # 结果为：from B

如果先继承C后继承B，运行结果如下
class D(C,B):
    pass

obj = D()
obj.test() # 结果为：from C

 　　要想搞明白obj.test()是如何找到方法test的，需要了解python的继承实现原理

 2.2、继承原理

　　python到底是如何实现继承的呢？ 对于你定义的每一个类，Python都会计算出一个方法解析顺序(MRO)列表，该MRO列表就是一个简单的所有基类的线性顺序列表，如下

# 新式类内置了mro方法可以查看线性列表的内容，经典类没有该内置该方法
print(D.mro())
# [<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]
# 类D以及该类D的对象访问属性都是参照该类的mro列表
print(C.mro())  # [<class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]
# 类C以及该类C的对象访问属性都是参照该类的mro列表

print(B.mro())  # [<class '__main__.B'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]

print(A.mro())  # [<class '__main__.A'>, <class 'object'>]

 　　python会在MRO列表上从左到右开始查找基类,直到找到第一个匹配这个属性的类为止。 而这个MRO列表的构造是通过一个C3线性化算法来实现的。我们不去深究这个算法的数学原理,它实际上就是合并所有父类的MRO列表并遵循如下三条准则:

1.子类会先于父类被检查
2.多个父类会根据它们在列表中的顺序被检查
3.如果对下一个类存在两个合法的选择,选择第一个父类

 　　所以obj.test()的查找顺序是，先从对象obj本身的属性里找方法test，没有找到，则参照属性查找的发起者(即obj)所处类D的MRO列表来依次检索，首先在类D中未找到，然后再B中找到方法test

1.由对象发起的属性查找，会从对象自身的属性里检索，没有则会按照对象的类.mro()规定的顺序依次找下去，
2.由类发起的属性查找，会按照当前类.mro()规定的顺序依次找下去，

 　　总结：类相关的属性查找（类名.属性，该类的对象.属性），都是参照该类的mro。mro列表顺序是固定的，但是在python2和python3算出来的顺序不一样。

2.3、mro在python2和python3中的顺序

(1)如果多继承是非菱形继承，经典类和新式类的属性查找顺序一样，都是一个分支一个分支的找下去，最后找到Object

参照下述代码，多继承结构为非菱形结构，此时，会按照先找B这一条分支，然后再找C这一条分支，最后找D这一条分支的顺序直到找到我们想要的属性

 上图的查找顺序是：A对象>A类>B>E>C>F>D>object

# encoding=utf-8
# auther：lsj
# Python3中展示多继承非菱形继承下属性查找顺序
class E:
    def test(self):
        print('from E')

class F:
    def test(self):
        print('from F')

class B(E):
    def test(self):
        print('from B')

class C(F):
    def test(self):
        print('from C')

class D:
    def test(self):
        print('from D')

class A(B, C, D):
    # def test(self):
    #     print('from A')
    pass

print(A.mro())
# 多继承非菱形下属性查找顺序：A对象>A类>B>E>C>F>D>object
'''
[<class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.E'>,
 <class '__main__.C'>, <class '__main__.F'>, 
<class '__main__.D'>, <class 'object'>]
'''

# obj = A()
# obj.test() # 结果为：from B
# 可依次注释上述类中的方法test来进行验证

# encoding=utf-8
# auther：lsj
# Python2中展示多继承非菱形继承下属性查找顺序
# AttributeError: class A has no attribute 'mro'，
# 需要把没有继承父类的类继承（Object）形成新式类。
class E(object):
    def test(self):
        print('from E')

class F(object):
    def test(self):
        print('from F')

class B(E):
    def test(self):
        print('from B')

class C(F):
    def test(self):
        print('from C')

class D(object):
    def test(self):
        print('from D')

class A(B, C, D):
    # def test(self):
    #     print('from A')
    pass

print(A.mro())
# 多继承非菱形下属性查找顺序：A对象>A类>B>E>C>F>D>object
'''
[<class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.E'>,
 <class '__main__.C'>, <class '__main__.F'>, 
<class '__main__.D'>, <class 'object'>]
'''

obj = A()
obj.test() # 结果为：from B
# 可依次注释上述类中的方法test来进行验证

(2)如果多继承是菱形继承

　　如果继承关系为菱形结构，那么经典类与新式类会有不同MRO，分别对应属性的两种查找方式：深度优先和广度优先

在Python2中有经典类和新式类

经典类：未继承object类的类，mro列表，对应属性的两种查找顺序-->深度优先

新式类：继承了object类的类，mro列表，对应属性的两种查找顺序-->广度优先

# 经典类
class G: # 在python2中，未继承object的类及其子类，都是经典类
    def test(self):
        print('from G')

class E(G):
    def test(self):
        print('from E')

class F(G):
    def test(self):
        print('from F')

class B(E):
    def test(self):
        print('from B')

class C(F):
    def test(self):
        print('from C')

class D(G):
    def test(self):
        print('from D')

class A(B,C,D):
    # def test(self):
    #     print('from A')
    pass

obj = A()
obj.test() # 如上图，查找顺序为:obj->A->B->E->G->C->F->D->object
# 可依次注释上述类中的方法test来进行验证,注意请在python2.x中进行测试

新式类：python2中加入object类
class G(object):
    def test(self):
        print('from G')

class E(G):
    def test(self):
        print('from E')

class F(G):
    def test(self):
        print('from F')

class B(E):
    def test(self):
        print('from B')

class C(F):
    def test(self):
        print('from C')

class D(G):
    def test(self):
        print('from D')

class A(B,C,D):
    # def test(self):
    #     print('from A')
    pass

obj = A()
obj.test() # 如上图，查找顺序为:obj->A->B->E->C->F->D->G->object
# 可依次注释上述类中的方法test来进行验证

总结：

多继承到底要不要用？要用

1、继承结构不能太复杂

2、推荐使用mixins机制，在多继承的基础下满足什么“是”什么的关系

 

三、多继承的Mixins机制

 mixins机制核心任务：就是在多继承背景下尽可能提升多继承的可读性。

　　一个子类可以同时继承多个父类，这样的设计常被人诟病，一来它有可能导致可恶的菱形问题，二来在人的世界观里继承应该是个”is-a”关系。 比如轿车类之所以可以继承交通工具类，是因为基于人的世界观，我们可以说：轿车是一个(“is-a”)交通工具，而在人的世界观里，一个物品不可能是多种不同的东西，因此多重继承在人的世界观里是说不通的，它仅仅只是代码层面的逻辑。不过有没有这种情况，一个类的确是需要继承多个类呢？

​ 　　答案是有，我们还是拿交通工具来举例子:

​ 　　民航飞机、直升飞机、轿车都是一个（is-a）交通工具，前两者都有一个功能是飞行fly，但是轿车没有，所以如下所示我们把飞行功能放到交通工具这个父类中是不合理的

class Vehicle:  # 交通工具
    def fly(self):
        '''
        飞行功能相应的代码        
        '''
        print("I am flying")

class CivilAircraft(Vehicle):  # 民航飞机
    pass

class Helicopter(Vehicle):  # 直升飞机
    pass

class Car(Vehicle):  # 汽车并不会飞，但按照上述继承关系，汽车也能飞了
    pass

　　但是如果民航飞机和直升机都各自写自己的飞行fly方法，又违背了代码尽可能重用的原则（如果以后飞行工具越来越多，那会重复代码将会越来越多）。

​ 　　怎么办？？？为了尽可能地重用代码，那就只好在定义出一个飞行器的类，然后让民航飞机和直升飞机同时继承交通工具以及飞行器两个父类，这样就出现了多重继承。这时又违背了继承必须是”is-a”关系。这个难题该怎么解决？

　　Python语言可没有接口功能，但Python提供了Mixins机制，简单来说Mixins机制指的是子类混合(mixin)不同类的功能，而这些类采用统一的命名规范（例如Mixin后缀），以此标识这些类只是用来混合功能的，并不是用来标识子类的从属"is-a"关系的，所以Mixins机制本质仍是多继承，但同样遵守”is-a”关系，如下

class Vehicle:  # 交通工具
    pass

class FlyableMixin:
    def fly(self):
        '''
        飞行功能相应的代码        
        '''
        print("I am flying")

class CivilAircraft(FlyableMixin, Vehicle):  # 民航飞机
    pass

class Helicopter(FlyableMixin, Vehicle):  # 直升飞机
    pass

class Car(Vehicle):  # 汽车
    pass

# ps: 采用某种规范（如命名规范）来解决具体的问题是python惯用的套路

　　可以看到，上面的CivilAircraft、Helicopter类实现了多继承，不过它继承的第一个类我们起名为FlyableMixin，而不是Flyable，这个并不影响功能，但是会告诉后来读代码的人，这个类是一个Mixin类，表示混入(mix-in)，这种命名方式就是用来明确地告诉别人（python语言惯用的手法），这个类是作为功能添加到子类中，而不是作为父类，它的作用同Java中的接口。所以从含义上理解，CivilAircraft、Helicopter类都只是一个Vehicle，而不是一个飞行器。

　　使用Mixin类实现多重继承要非常小心

• 首先它必须表示某一种功能，而不是某个物品，python 对于mixin类的命名方式一般以 Mixin, able, ible 为后缀
• 其次它必须责任单一，如果有多个功能，那就写多个Mixin类，一个类可以继承多个Mixin，为了保证遵循继承的“is-a”原则，只能继承一个标识其归属含义的父类
• 然后，它不依赖于子类的实现
• 最后，子类即便没有继承这个Mixin类，也照样可以工作，就是缺少了某个功能。（比如飞机照样可以载客，就是不能飞了）

​　　 Mixins是从多个类中重用代码的好方法，但是需要付出相应的代价，我们定义的Minx类越多，子类的代码可读性就会越差，并且更恶心的是，在继承的层级变多时，代码阅读者在定位某一个方法到底在何处调用时会晕头转向，如下

class Displayer:
    def display(self, message):
        print(message)

class LoggerMixin:
    def log(self, message, filename='logfile.txt'):
        with open(filename, 'a') as fh:
            fh.write(message)

    def display(self, message):
        super().display(message) # super的用法请参考下一小节
        self.log(message)

class MySubClass(LoggerMixin, Displayer):
    def log(self, message):
        super().log(message, filename='subclasslog.txt') 

obj = MySubClass()
obj.display("This string will be shown and logged in subclasslog.txt")

# 属性查找的发起者是obj,所以会参照类MySubClass的MRO来检索属性
#[<class '__main__.MySubClass'>, <class '__main__.LoggerMixin'>, <class '__main__.Displayer'>, <class 'object'>]

# 1、首先会去对象obj的类MySubClass找方法display，没有则去类LoggerMixin中找，找到开始执行代码
# 2、执行LoggerMixin的第一行代码：执行super().display(message)，参照MySubClass.mro(),super会去下一个类即类Displayer中找，找到display，开始执行代码，打印消息"This string will be shown and logged in subclasslog.txt"
# 3、执行LoggerMixin的第二行代码：self.log(message)，self是对象obj，即obj.log(message)，属性查找的发起者为obj，所以会按照其类MySubClass.mro(),即MySubClass->LoggerMixin->Displayer->object的顺序查找，在MySubClass中找到方法log，开始执行super().log(message, filename='subclasslog.txt')，super会按照MySubClass.mro()查找下一个类，在类LoggerMixin中找到log方法开始执行，最终将日志写入文件subclasslog.txt

ps：课外了解小知识

Java只允许接口的多重继承。接口本质上是抽象基类，具有所有抽象方法，没有数据成员。
与java一样，python也有抽象类的概念但是同样需要借助模块实现，抽象类是一个特殊的类，它的特殊之处在于只能被继承，不能被实例化，继承的子类必须实现抽象基类规定的方法，这样便可保证始终只有一个特定方法或属性的实现，并且不会产生歧义，因而也可以起到避免菱形问题的作用

java的interface：https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/7340153.html#_label6
python的抽象基类：https://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/7340153.html#_label7

四、派生与方法重用

　　子类可以派生出自己新的属性，在进行属性查找时，子类中的属性名会优先于父类被查找，例如每个老师有职称这一属性，我们就需要在Teacher类中定义该类自己的__init__覆盖父类的

>>> class People:
...     school='清华大学'
...     
...     def __init__(self,name,sex,age):
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
... 
>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title): # 派生
...         self.name=name
...         self.sex=sex
...         self.age=age
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
... 
>>> obj=Teacher('lili','female',28,'高级讲师') #只会找自己类中的__init__，并不会自动调用父类的
>>> obj.name,obj.sex,obj.age,obj.title
('lili', 'female', 28, '高级讲师')

在子类派生的新方法中如何重用父类的功能
  方式一：指名道姓调用某一类下的函数-->不依赖于继承关系
  方式二：supper()调用父类提供给自己的方法-->严格依赖继承关系
         调用supper()会得到一个特殊的对象，该对象会参照当前类的mro去当前类的父类中找属性

# 方式一实例
# class OldboyPeple:
#     def __init__(self,name,age,sex):
#         self.name = name
#         self.age = age
#         self.sex = sex
#     def f1(self):
#         print('%s say hello' %self.name)
#
# class Teacher(OldboyPeple):
#     def __init__(self,name,age,sex,level,salary):
#         OldboyPeple.__init__(self,name,age,sex)  # 指名道姓
#         self.level = level
#         self.salary = salary
#
# tea_obj = Teacher('lsj',18,'male',10,3000)
# print(tea_obj.__dict__)  # {'salary': 3000, 'age': 18, 'level': 10, 'name': 'lsj', 'sex': 'male'}

# 方法二实例：提示：在Python2中super的使用需要完整地写成super(自己的类名,self) ,而在python3中可以简写为super()。
class OldboyPeple:
    def __init__(self,name,age,sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex
    def f1(self):
        print('%s say hello' %self.name)

class Teacher(OldboyPeple):
    def __init__(self,name,age,sex,level,salary):
        # super(Teacher,self).__init__(name,age,sex)  # python2中新式类写法
        super().__init__(name,age,sex)  # python3中的写法，该处调用的是方法，自动传入对象

        self.level = level
        self.salary = salary

print(Teacher.mro())  # [<class '__main__.Teacher'>, <class '__main__.OldboyPeple'>, <class 'object'>]
tea_obj = Teacher('lsj',18,'male',10,3000)
print(tea_obj.__dict__)  # {'salary': 3000, 'age': 18, 'level': 10, 'name': 'lsj', 'sex': 'male'}

五、组合

　　在一个类中以另外一个类的对象作为数据属性，称为类的组合。组合与继承都是用来解决代码的重用性问题。不同的是：继承是一种“是”的关系，比如老师是人、学生是人，当类之间有很多相同的之处，应该使用继承；而组合则是一种“有”的关系，比如老师有生日，老师有多门课程，当类之间有显著不同，并且较小的类是较大的类所需要的组件时，应该使用组合，如下示例

# encoding=utf-8
# auther：lsj
# 组合
# 定义一个课程类
class Course:
    def __init__(self,name,period,price):
        self.name=name
        self.period=period
        self.price=price
    def tell_info(self):
        print('<%s %s %s>' %(self.name,self.period,self.price))

class Date:  # 定义日期类
    def __init__(self,year,mon,day):
        self.year=year
        self.mon=mon
        self.day=day
    def tell_birth(self):
       print('<%s-%s-%s>' %(self.year,self.mon,self.day))

class People: 
    school='清华大学'
    def __init__(self,name,sex,age):
        self.name=name
        self.sex=sex
        self.age=age

#Teacher类基于继承来重用People的代码，基于组合来重用Date类和Course类的代码
class Teacher(People): #老师是人
    def __init__(self,name,sex,age,title,year,mon,day):
        super().__init__(name,age,sex)
        self.birth=Date(year,mon,day) #老师有生日
        self.courses=[] #老师有课程，可以在实例化后，往该列表中添加Course类的对象
    def teach(self):
        print('%s is teaching' %self.name)


python=Course('python','3mons',3000.0)
linux=Course('linux','5mons',5000.0)
teacher1=Teacher('lili','female',28,'博士生导师',1990,3,23)

# teacher1有两门课程
teacher1.courses.append(python)
teacher1.courses.append(linux)

# 重用Date类的功能
teacher1.birth.tell_birth()

# 重用Course类的功能
for obj in teacher1.courses:
    obj.tell_info()

此时对象teacher1集对象独有的属性、Teacher类中的内容、Course类中的内容于一身（都可以访问到），是一个高度整合的产物