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什么是多态,Python多态及用法详解

在面向对象程序设计中,除了封装和继承特性外,多态也是一个非常重要的特性,本节就带领大家详细了解什么是多态。

我们都知道,Python 是弱类型语言,即在使用变量时,无需为其指定具体的数据类型,这就可能出现,同一个变量会赋值不同的类对象,例如:
class Bird:
    def move(self, field):
        print('鸟在%s' % field)
class Dog:
    def move(self, field):
        print('狗在%s' % field)
a = Bird()
a.move("飞")
a = Dog()
a.move("跑")
运行结果为:

鸟在飞
狗在跑

可以看到,a 可以被先后赋值为 Bird 类和 Dog 类的对象。而在此基础上,发生多态还要满足以下 2 个前提条件:
  1. 继承:多态一定是发生在子类和父类之间;
  2. 重写:子类重写了父类的方法。

因此,下面程序是对前面代码的改写:
class Animal:
    def move(self,field):
        print("动物在%s" % field)
class Bird(Animal):
    def move(self, field):
        print('鸟在%s' % field)
class Dog(Animal):
    def move(self, field):
        print('狗在%s' % field)
a = Animal()
a.move("叫")
a = Bird()
a.move("飞")
a = Dog()
a.move("跑")

运行结果为:
动物在叫
鸟在飞
狗在跑

此程序中,Bird 和 Dog 类都继承自 Animal 类,且都各自重写了父类的 move() 方法。从运行结果可以看出,同一个变量 a 在执行同一个 move() 方法时,由于 x 指向的对象不同,因此实际调用的并不是同一个 move() 方法,这就是多态。

换句话说,对于同一个变量,我们只需要知道赋值的是 Animal 类对象,而无需知道它具体是哪个子类对象,就可以放心地使用该变量调用 move() 方法。而具体 move() 方法作用在哪个类对象上,则完全是由运行时此变量的确切类型决定,这就是多态的功能。

看到这里,可能有读者感到失望,这个多态有什么用啊?不就是创建对象、调用方法吗?看不出多态有什么优势啊?

其实,Python 在多态的基础上,衍生出了一种更灵活的编程机制。假如我们要定义一个 Canvas(画布)类,这个画布类定义一个 draw_pic() 方法,该方法负责绘制各种图形。该 Canvas类的代码如下:
class Canvas:
    def draw_pic(self, shape):
        print('--开始绘图--')
        shape.draw(self)
此程序中,Canvas 类的 draw_pic() 方法需要传入一个 shape 参数,该方法的功能就是调用 shape 参数的 draw() 方法将自己(shape 自身)绘制到画布上。

从上面程序来看,Canvas 的 draw_pic() 传入的参数对象只要包含 draw() 方法就行,而至于这个参数对象所属类的其他性质(例如继承自哪个类),Python 是不关心的,这就为编程增加了很大的灵活性。

例如,下面程序定义了三个图形类,并为它们都提供了 draw() 方法,这样它们就能以不同的行为绘制在画布上,这就是多态的实际应用。看如下示例程序:
class Canvas:
    def draw_pic(self, shape):
        print('--开始绘图--')
        shape.draw(self)

class Rectangle:
    def draw(self, canvas):
        print('在%s上绘制矩形' % canvas)
class Triangle:
    def draw(self, canvas):
        print('在%s上绘制三角形' % canvas)
class Circle:
    def draw(self, canvas):
        print('在%s上绘制圆形' % canvas)
c = Canvas()
# 传入Rectangle参数,绘制矩形
c.draw_pic(Rectangle())
# 传入Triangle参数,绘制三角形
c.draw_pic(Triangle())
# 传入Circle参数,绘制圆形
c.draw_pic(Circle())
运行上面代码, 可以看到如下输出结果:

--开始绘图--
在<__main__.Canvas object at 0x0000021CA36364A8>上绘制矩形
--开始绘图--
在<__main__.Canvas object at 0x0000021CA36364A8>上绘制三角形
--开始绘图--
在<__main__.Canvas object at 0x0000021CA36364A8>上绘制圆形

可以看到,在此程序中,当涉及 Canvas 类的 draw_pic() 方法时,为该方法传入的参数对象只要包含 draw() 方法就行,至于传入的对象类型是子类还是其它类,Python 毫不关心。

在其它教程中,Python 这种由多态衍生出的更灵活的编程机制,又称为“鸭子模型”或“鸭子类型”。

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