python基础26——派生&多态&绑定与非绑定方法

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，例如每个老师还有职称这一属性，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')

很明显子类Teacher中__init__内的前三行又是在写重复代码，若想在子类派生出的方法内重用父类的功能，有两种实现方式

方法一：“指名道姓”地调用某一个类的函数

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         People.__init__(self,name,age,sex) #调用的是函数,因而需要传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
...

方法二：super()

调用super()会得到一个特殊的对象，该对象专门用来引用父类的属性，且严格按照MRO规定的顺序向后查找

>>> class Teacher(People):
...     def __init__(self,name,sex,age,title):
...         super().__init__(name,age,sex) #调用的是绑定方法，自动传入self
...         self.title=title
...     def teach(self):
...         print('%s is teaching' %self.name)
...

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()

这两种方式的区别是：方式一是跟继承没有关系的，而方式二的super()是依赖于继承的，并且即使没有直接继承关系，super()仍然会按照MRO继续往后查找

>>> #A没有继承B
... class A:
...     def test(self):
...         super().test()
... 
>>> class B:
...     def test(self):
...         print('from B')
... 
>>> class C(A,B):
...     pass
... 
>>> C.mro() # 在代码层面A并不是B的子类，但从MRO列表来看，属性查找时，就是按照顺序C->A->B->object，B就相当于A的“父类”
[<class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>,<class ‘object'>]
>>> obj=C()
>>> obj.test() # 属性查找的发起者是类C的对象obj，所以中途发生的属性查找都是参照C.mro()
from B

obj.test()首先找到A下的test方法，执行super().test()会基于MRO列表(以C.mro()为准)当前所处的位置继续往后查找()，然后在B中找到了test方法并执行。

关于在子类中重用父类功能的这两种方式，使用任何一种都可以，但是在最新的代码中还是推荐使用super()

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

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:
    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

多态

多态指的是一类事物有多种形态，比如动物有多种形态：猫、狗、猪

class Animal: #同一类事物:动物
    def talk(self):
        pass
class Cat(Animal): #动物的形态之一:猫
    def talk(self):
        print('喵喵喵')
class Dog(Animal): #动物的形态之二:狗
    def talk(self):
        print('汪汪汪')
class Pig(Animal): #动物的形态之三:猪
    def talk(self):
        print('哼哼哼')

#实例化得到三个对象
>>> cat=Cat()
>>> dog=Dog()
>>> pig=Pig()

多态性指的是可以在不用考虑对象具体类型的情况下而直接使用对象，这就需要在设计时，把对象的使用方法统一成一种：例如cat、dog、pig都是动物,但凡是动物肯定有talk方法，于是我们可以不用考虑它们三者的具体是什么类型的动物,而直接使用

>>> cat.talk()
喵喵喵
>>> dog.talk()
汪汪汪
>>> pig.talk()
哼哼哼

更进一步,我们可以定义一个统一的接口来使用

>>> def Talk(animal):
...     animal.talk()
... 
>>> Talk(cat)
喵喵喵
>>> Talk(dog)
汪汪汪
>>> Talk(pig)
哼哼哼

Python中一切皆对象，本身就支持多态性

# 我们可以在不考虑三者类型的情况下直接使用统计三个对象的长度
s.__len__()
l.__len__()
t.__len__()

# Python内置了一个统一的接口
len(s)
len(l)
len(t)

多态性的好处在于增强了程序的灵活性和可扩展性，比如通过继承Animal类创建了一个新的类，实例化得到的对象obj，可以使用相同的方式使用obj.talk()

>>> class Wolf(Animal): #动物的另外一种形态：狼
...     def talk(self):
...         print('嗷...')
... 
>>> wolf=Wolf() # 实例出一头狼
>>> wolf.talk() # 使用者根本无需关心wolf是什么类型而调用talk
嗷...

 

综上我们得知，多态性的本质在于不同的类中定义有相同的方法名，这样我们就可以不考虑类而统一用一种方式去使用对象，可以通过在父类引入抽象类的概念来硬性限制子类必须有某些方法名

import abc

# 指定metaclass属性将类设置为抽象类，抽象类本身只是用来约束子类的，不能被实例化
class Animal(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod # 该装饰器限制子类必须定义有一个名为talk的方法
    def talk(self): # 抽象方法中无需实现具体的功能
        pass

class Cat(Animal): # 但凡继承Animal的子类都必须遵循Animal规定的标准
    def talk(self):
        pass

cat=Cat() # 若子类中没有一个名为talk的方法则会抛出异常TypeError，无法实例化

其实我们完全可以不依赖于继承，只需要制造出外观和行为相同对象，同样可以实现不考虑对象类型而使用对象，这正是Python崇尚的“鸭子类型”（duck typing）：“如果看起来像、叫声像而且走起路来像鸭子，那么它就是鸭子”。比起继承的方式，鸭子类型在某种程度上实现了程序的松耦合度，如下

#二者看起来都像文件,因而就可以当文件一样去用，然而它们并没有直接的关系
class Txt: #Txt类有两个与文件类型同名的方法，即read和write
    def read(self):
        pass
    def write(self):
        pass

class Disk: #Disk类也有两个与文件类型同名的方法：read和write
    def read(self):
        pass
    def write(self):
        pass

绑定与非绑定方法

 一：绑定方法：特殊之处在于将调用者本身当做第一个参数自动传入

1、绑定给对象的方法：调用者是对象，自动传入的是对象
2、绑定给类的方法：调用者类，自动传入的是类

​ 在类中正常定义的函数默认是绑定到对象的，而为某个函数加上装饰器@classmethod后，该函数就绑定到了类

​ 我们在之前的章节中已经介绍过对象方法了，本节我们主要介绍类方法。类方法通常用来在__init__的基础上提供额外的初始化实例的方式

# 配置文件settings.py的内容
HOST='127.0.0.1'
PORT=3306

# 类方法的应用
import settings
class MySQL:
    def __init__(self,host,port):
        self.host=host
        self.port=port
    @classmethod　　# 将下面的函数装饰成绑定给类的方法
    def from_conf(cls): # 从配置文件中读取配置进行初始化
        return cls(settings.HOST,settings.PORT)

>>> MySQL.from_conf # 绑定到类的方法
<bound method MySQL.from_conf of <class ‘__main__.MySQL'>>
>>> conn=MySQL.from_conf() # 调用类方法，自动将类MySQL当作第一个参数传给cls

绑定到类的方法就是专门给类用的，但其实对象也可以调用，只不过自动传入的第一个参数仍然是类，也就是说这种调用是没有意义的，并且容易引起混淆，这也是Python的对象系统与其他面向对象语言对象系统的区别之一，比如Smalltalk和Ruby中，绑定到类的方法与绑定到对象的方法是严格区分开的

二：非绑定方法(静态方法)：

为类中某个函数加上装饰器@staticmethod后，该函数就变成了非绑定方法，也称为静态方法

没有绑定给任何人：调用者可以是类、对象，没有自动传参的效果

import uuid
class MySQL:
    def __init__(self,host,port):
        self.id=self.create_id()
        self.host=host
        self.port=port
    @staticmethod
    def create_id():
        return uuid.uuid1()

>>> conn=MySQL(‘127.0.0.1',3306)
>>> print(conn.id) #100365f6-8ae0-11e7-a51e-0088653ea1ec

# 类或对象来调用create_id发现都是普通函数，而非绑定到谁的方法
>>> MySQL.create_id
<function MySQL.create_id at 0x1025c16a8>
>>> conn.create_id
<function MySQL.create_id at 0x1025c16a8>

总结绑定方法与非绑定方法的使用：

若类中需要一个功能，该功能的实现代码中需要引用对象则将其定义成对象方法、需要引用类则将其定义成类方法、无需引用类或对象则将其定义成静态方法