Python | 理解多态（python多态的理解例子）

off999 2024-10-25 13:43 57 浏览 0 评论

多态（polymorphism），是OOP的一个重要概念。不少学习或使用 Python 的人，特别他们曾经了解过 Java 之后，对 Python 中的多态往往有不同的解读。为了避免因人微言轻，在本节将更多地引述一名权威对 Python 语言的多态的阐述，这位大神就是《Thinking in Java》的作者 Bruce Eckel ——将 Java 奉为圭皋的特别注意，这位可真是大神，如果学习 Java 而没有阅读他的书，借用 Java 界的朋友所说，“那就不算学过 Java”。

Bruce Eckel 在2003年5月2日发表了一篇题为《Strong Typing vs. Strong Testing》（https://docs.google.com/document/d/1aXs1tpwzPjW9MdsG5dI7clNFyYayFBkcXwRDo- qvbIk/preview）的博客，将 Java 和 Python 的多态特征进行了比较。

先来欣赏 Bruce Eckel 在文章中所撰写的一段说明多态的 Java 代码：

// Speaking pets in Java:
interface Pet {
    void speak();
 }
 
class Cat implements Pet {
    public void speak() { System.out.println("meow!"); }
 }
 
class Dog implements Pet {
    public void speak() { System.out.println("woof!"); }
 }
 
public class PetSpeak {
    static void command(Pet p) { p.speak(); }

    public static void main(String[] args) {
        Pet[] pets = { new Cat(), new Dog() };
        for(int i = 0; i < pets.length; i++)
            command(pets[i]);
    }
}

如果读者没有学习过 Java ，那么对上述代码理解可能不是很顺畅，不过这不重要，主要观察command(Pet p) ，这种写法意味着 command() 所能接受的参数类型必须是 Pet 类型，其他类型不行。所以，必须创建 interface Pet 这个接口并且让类 Cat 和 Dog 继承它，然后才能用于 command() 方法（原文：I must create a hierarchy of Pet, and inherit Dog and Cat so that I can upcast them to the generic command() method）。

然后，Bruce Eckel 又写了一段实现上述功能的 Python 代码：

# Speaking pets in Python:
class Pet:
    def speak(self): pass
 
class Cat(Pet):
    def speak(self):
        print "meow!"
 
class Dog(Pet):
    def speak(self):
        print "woof!"
 
def command(pet):
    pet.speak()
 
pets = [ Cat(), Dog() ]
 
for pet in pets:
    command(pet)

在这段 Python 代码中的 command() 函数，其参数 pet 并没有要求必须是前面定义的 Pet类型（注意区分大小写），仅仅是一个名字为 pet 的形参，用其他名称亦可。Python 不关心引用的对象是什么类型，只要该对象有 speak() 方法即可。提醒读者注意的是，因为历史原因（2003年），Bruce Eckel 当时写的是针对 Python 2 的旧式类，不过适当修改之后在 Python 3 下也能“跑”，例如将 print "meow!" 修改为 print("meow!") 。

根据已经学习过的知识，不难发现，上面代码中的类 Pet 其实是多余的。是的，Bruce Eckel 也这么认为，只是因为此代码是完全模仿 Java 程序而写的。随后，Bruce Eckel 就根据 Python 语言的特性对代码进行了优化。

# Speaking pets in Python, but without base classes:
class Cat:
    def speak(self):
        print "meow!"
 
class Dog:
    def speak(self):
        print "woof!"
 
class Bob:
    def bow(self):
        print "thank you, thank you!"
    def speak(self):
        print "hello, welcome to the neighborhood!"
    def drive(self):
        print "beep, beep!"
 
def command(pet):
    pet.speak()
 
pets = [ Cat(), Dog(), Bob() ]
 
for pet in pets:
    command(pet)

去掉了多余的类 Pet ，增加了一个新的对象类 Bob ——人类，这个类根本不是 Cat 和 Dog 那样的类型，只是它碰巧也有一个名字为 speak() 的方法罢了。但是，也依然能够在 command() 函数中被调用。

这就是Python中的多态特点，大师 Brue Eckel 通过非常有说服力的代码阐述了 Java 和 Python 的区别，并充分展示了 Python 中的多态特征。

诚如前面所述，Python 不检查传入对象的类型，这种方式被称为“隐式类型”（Laten Typing）或者“结构式类型”（Structural Typing），也被通俗地称为“鸭子类型”（Duck Typeing）。其含义在《维基百科》中被表述为：

在程序设计中，鸭子类型（Duck Typing）是动态类型的一种风格。在这种风格中，一个对象有效的语义，不是由继承自特定的类或实现特定的接口决定，而是由当前方法和属性的集合决定。这个概念的名字来源于由 James Whitcomb Riley 提出的鸭子测试。“鸭子测试”可以这样表述：“当看到一只鸟走起来像鸭子，游泳起来像鸭子，叫起来也像鸭子时，那么这只鸟就可以被称为鸭子。”

鸭子类型就意味着可以向任何对象发送任何消息，只关心该对象能否接收该消息，不强求该对象是否为某一种特定的类型。这种特征其实在前面函数部分就已经有所体现了。

>>> lam = lambda x, y: x + y
>>> lam(2, 3)
5
>>> lam('python', 'book')
'pythonbook'

对于 Python 的这种特征，有一批程序员不接受，他们认为在程序被执行的时候，可能收到错误的对象，而且这种错误还可能潜伏在程序的某个角落。

对于此类争论，大师 Brue Eckel 在上面所提到的博客中，给出了非常明确的回答。下面将原文恭录于此（注：读者如果阅读有困难，可以借用有关工具。之所以不翻译，是避免因个人才疏学浅而导致误传。）：

Strong testing, not strong typing.

So this, I assert, is an aspect of why Python works. C++ tests happen at compile time (with a few minor special cases). Some Java tests happen at compile time (syntax checking), and some happen at run time (array-bounds checking, for example). Most Python tests happen at runtime rather than at compile time, but they do happen, and that's the important thing (not when). And because I can get a Python program up and running in far less time than it takes you to write the equivalent C++/Java/C# program, I can start running the real tests sooner: unit tests, tests of my hypothesis, tests of alternate approaches, etc. And if a Python program has adequate unit tests, it can be as robust as a C++, Java or C# program with adequate unit tests (although the tests in Python will be faster to write).

读完大师的话，犹如醍醐灌顶，豁然开朗，再也不去参与那些浪费口舌的争论了。

对于多态问题，最后还要告诫读者，类型检查是毁掉多态的利器，如 type() 、isinstance() 及isubclass() 这些检查类型的函数，一定要慎用。

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