Python學習之路31-繼承的利弊

tinylcy 發布于2019-07-30 16:59 / 515人閱讀

摘要：使用抽象基類顯示表示接口如果類的作用是定義接口，應該將其明確定義為抽象基類。此外，抽象基類可以作為其他類的唯一基類，混入類則決不能作為唯一的基類，除非這個混入類繼承了另一個更具體的混入這種做法非常少見。

《流暢的Python》筆記

本篇是“面向對象慣用方法”的第五篇，我們將繼續討論繼承，重點說明兩個方面：繼承內置類型時的問題以及多重繼承。概念比較多，較為枯燥。

1. 繼承內置類型

內置類型（C語言編寫）的方法通常會忽略用戶重寫的方法，這種行為體現在兩方面：

內置類型A的子類ChildA即使重寫了A中的方法，當ChildA調用這些方法時，也不一定調用的就是重寫的版本，而依然可能調用A中的版本；

內置類型B調用ChildA的方法時，調用的也不一定是被ChildA重寫的方法，可能依然會調用A的版本。

以dict的__getitem__方法為例，即使這個方法被子類重寫了，內置類型的get()方法也不一定調用重寫的版本：

# 代碼1.1
>>> class MyDict(dict):
...     def __getitem__(self, key):
...         return "Test"   # 不管要獲取誰，都返回"Test"
...    
>>> child = MyDict({"one":1, "two":2})
>>> child
{"one": 1, "two": 2}    # 正常
>>> child["one"]
"Test"    # 此時也是正常的
>>> child.get("one")
1   # 這里就不正常了，按理說應該返回"Test"
>>> b = {}
>>> b.update(child)
>>> b  # 并沒有調用child的__getitem__方法
{"one": 1, "two": 2}

這是在CPython中的情況，這些行為其實違背了面向對象編程的一個基本原則，即應該始終從實例所屬的類開始搜索方法，即使在超類實現的類中調用也應該如此。但實際是可能直接調用基類的方法，而不先搜索子類。這種設定并不能說是錯誤的，這只是一種取舍，畢竟這也是CPython中的內置類型運行得快的原因之一，但這種方式就給我們出了難題。這種問題的解決方法有兩個：

重寫從內置類型繼承來的所有方法（要真這樣，那我還繼承干啥？），或者查看源碼，把相關的方法都給重寫了（誰的記性能這么好？）；

第二種方法才是推薦的方法：如果要繼承內置類型，請從collections模塊中繼承，比如繼承自UserList、UserDict，UserString。這些類不是用C語言寫的，而是用純Python寫的，并且嚴格遵循了上述面向對象的原則。如果上述代碼中的MyDict繼承自UserDict，行為則會合乎預期。

強調：本節所述問題只發生在C語言實現的內置類型內部的方法委托上，而且只影響直接繼承內置類型的自定義類。如果子類繼承自純Python編寫的類，則不會有此問題。

2.多重繼承

任何實現多重繼承的語言都要處理潛在的命名沖突，這種沖突由不相關的超類實現同名方法引起。這種沖突稱為”菱形沖突“。

2.1 多重繼承的示例

下面是我們要實現的類的UML圖：

紅線表示超類的調用順序，以下是它的實現：

# 代碼2.1
class A:
    def ping(self):
        print("ping in A:", self)

class B(A):
    def pong(self):
        print("pong in B:", self)

class C(A):
    def pong(self):
        print("PONG in C:", self)

class D(B, C):
    def ping(self):
        super().ping()
        print("ping in D:", self)

    def pingpong(self):
        self.ping()
        super().ping()
        self.pong()
        super().pong()
        C.pong(self)   # 在定義時調用特定父類的寫法，顯示傳入self參數

# 下面是它在控制臺中的調用情況
>>> from diamond import *
>>> d = D()
>>> d.pong()
pong in B: 
>>> d.pingpong()
ping in A:    # self.ping()
ping in D: 
ping in A:    # super().ping()
pong in B:    # self.pong()
pong in B:    # super().pong()
PONG in C:    # C.pong(self)
>>> C.pong(d)    # 在運行時調用特定父類的寫法，顯示傳入實例參數
PONG in C: 
>>> D.__mro__   # Method Resolutino Order，方法解析順序，上一篇文章中有所提及
(, , , 
 , )

類都有一個名為__mro__ 的屬性，它的值是一個元組，按一定順序列舉超類，這個順序由C3算法計算。

方法解析順序不僅考慮繼承圖，還考慮子類聲明中列出超類的順序。例如，如果D類的聲明改為class D(C, B)，那么D則會先搜索C，再搜索B。

若想把方法調用委托給超類，推薦的做法是使用內置的super()函數；同時，還請注意上述調用特定超類的語法。然而，使用super()是最安全的，也不易過時。調用框架或不受自己控制的類層次結構中的方法時，尤其應該使用super()。

2.2 處理多重繼承的建議

繼承有很多用途，而多重繼承增加了可選方案和復雜度。使用多重繼承容易得出令人費解和脆弱的設計。以下是8條避免產生混亂類圖的建議：

把接口繼承和實現繼承區分開

在使用多重繼承時，一定要明白自己為什么要創建子類：

繼承接口，創建子類，實現“是什么（”is-a”）”關系；

繼承實現，通過重用避免代碼重復

其實這倆經常同時出現，不過只要有可能，一定要明確這么做的意圖。通過繼承重用代碼是實現細節，通常可以換成用組合和委托的模式，而接口繼承則是框架的支柱。

使用抽象基類顯示表示接口

如果類的作用是定義接口，應該將其明確定義為抽象基類。

通過“混入類”實現代碼重用

如果一個類的作用是為多個不相關的子類提供方法實現，從而實現重用，但不體現“is-a”關系，則應該把那個類明確定義為混入類(mixin class)。從概念上講，混入不定義新類型，只是打包方法，便于重用。混入類絕對不能實例化，而且具體類不能只繼承混入類。混入類應該提供某方面的特定行為，只實現少量關系非常緊密的方法。

在名稱中明確指明混入

由于Python沒有把類明確聲明為混入的正式方式，實際的做法是在類名后面加入Mixin后綴。Python的GUI庫Tkinter沒有采用這種方法，這也是它的類圖十分混亂的原因之一，而Django則采用了這種方式。

抽象基類可以作為混入類，但混入類不能作為抽象基類

抽象基類可以實現具體方法，因此可以作為混入類使用。但抽象基類能定義數據類型，混入類則做不到。此外，抽象基類可以作為其他類的唯一基類，混入類則決不能作為唯一的基類，除非這個混入類繼承了另一個更具體的混入（這種做法非常少見）。

但值得注意的是，抽象基類中的具體方法只是一種便利措施，因為它只能調用抽象基類及其超類中定義了的方法，那么用戶自行調用這些方法也可以實現同樣的功能，所以，抽象基類也并不常作為混入類。

不要從多個具體類繼承

應該盡量保證具體類沒有或者最多只有一個具體超類。也就是說，具體類的超類中除了這一個具體超類外，其余的都應該是抽象基類或混入類。

為用戶提供聚合類

如果抽象基類或混入類的組合對客戶代碼非常有用，那就提供一個類，使用易于理解的方式把它們結合起來，這種類被稱為聚合類。比如tkinter.Widget類，它的定義如下：

# 代碼2.2
class Widget(BaseWidget, Pack, Place, Grid):  # 省略掉了文檔注釋
    pass

它的定義體是空的，但通過這一個類，提供了四個超類的全部方法。

優先使用對象組合，而不是類繼承

優先使用組合能讓設計更靈活。即便是單繼承，這個原則也能提升靈活性，因為繼承是一種緊耦合，而且較高的繼承樹容易倒。組合和委托還可以代替混入類，把行為提供給不同的類，但它不能取代接口繼承，因為接口繼承定義的是類層次結構。

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