4. Python 面向对象编程

4.2 继承与多态

4.2.1 继承的基本概念

在面向对象编程（OOP）中，继承是一种机制，允许一个类（子类）从另一个类（父类或基类）继承属性和方法。通过继承，子类可以复用父类的代码，并且可以在不修改父类的情况下扩展或修改其行为。

Python 中的继承语法非常简单，只需在定义子类时在类名后的括号中指定父类即可。例如：

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return f"{self.name} makes a sound."

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} barks."

在这个例子中，Dog 类继承了 Animal 类，并且重写了 speak 方法。

4.2.2 单继承与多继承

Python 支持单继承和多继承。单继承是指一个子类只能继承一个父类，而多继承则允许一个子类继承多个父类。

  • 单继承：子类只继承一个父类。这是最常见的继承方式，代码结构清晰，易于维护。

  • 多继承：子类可以继承多个父类。多继承虽然提供了更大的灵活性，但也可能导致代码复杂性和潜在的冲突问题。Python 使用 C3 线性化算法来解决多继承中的方法解析顺序（MRO）问题。

class A:
    def method(self):
        return "A"

class B:
    def method(self):
        return "B"

class C(A, B):
    pass

c = C()
print(c.method())  # 输出 "A"，因为 A 在 MRO 中排在 B 前面
4.2.3 方法重写与 super() 函数

子类可以重写父类的方法，以提供特定的实现。如果子类需要调用父类的方法，可以使用 super() 函数。super() 函数返回一个代理对象，允许子类调用父类的方法。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return f"{self.name} makes a sound."

class Dog(Animal):
    def speak(self):
        return super().speak() + " But it barks."

在这个例子中，Dog 类重写了 speak 方法，并通过 super() 调用了父类的 speak 方法。

4.2.4 多态的概念与实现

多态是面向对象编程的另一个重要特性，它允许不同的类对同一方法有不同的实现。多态性使得代码更加灵活和可扩展。

在 Python 中，多态性通常通过方法重写来实现。由于 Python 是动态类型语言，多态性在运行时自动处理。

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return f"{self.name} meows."

def animal_sound(animal):
    print(animal.speak())

dog = Dog("Buddy")
cat = Cat("Whiskers")

animal_sound(dog)  # 输出 "Buddy makes a sound. But it barks."
animal_sound(cat)  # 输出 "Whiskers meows."

在这个例子中，animal_sound 函数可以接受任何 Animal 类的子类对象，并调用其 speak 方法。由于 Dog 和 Cat 类都重写了 speak 方法，因此它们的行为不同。

4.2.5 抽象基类与接口

Python 提供了 abc 模块来定义抽象基类（Abstract Base Classes, ABCs）。抽象基类是一种特殊的类，不能直接实例化，只能被继承。抽象基类可以定义抽象方法，子类必须实现这些方法。

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2

circle = Circle(5)
print(circle.area())  # 输出 78.5

在这个例子中，Shape 是一个抽象基类，Circle 类继承了 Shape 并实现了 area 方法。抽象基类可以用于定义接口，确保子类实现了特定的方法。

4.2.6 总结

继承与多态是面向对象编程的核心概念。通过继承，子类可以复用父类的代码，并且可以通过方法重写和 super() 函数来扩展或修改父类的行为。多态性使得代码更加灵活，允许不同的类对同一方法有不同的实现。抽象基类则提供了一种定义接口的方式，确保子类实现了特定的方法。

理解这些概念对于编写高效、可维护的面向对象代码至关重要。在实际开发中，合理使用继承与多态可以大大提高代码的复用性和可扩展性。

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