【python基础知识】类与对象（四）

前情回顾

之前，我们知道了面向对象编程的重要性，也学习了类的基础知识（1.面向对象编程，2.类的创建和调用，3.创建类的两个关键点）。在此，你可以回忆一会，想想是不是都掌握了。

都可以理顺吗？可以参考一下总结图：

在理清知识的框架后，我们来回顾一下代码：

# 请为下列代码加上注释，然后再运行。
class Chinese:
    eye = 'black'

    def __init__(self,hometown):
        self.hometown = hometown
        print('程序持续更新中……')

    def born(self):
        print('我生在%s。' % self.hometown)

dashixiong= Chinese('山西')
print(dashixiong.eye)
dashixiong.born()

运行结果：

程序持续更新中……
black
我生在广东。

好，相信你已经掌握了类的基础知识。

这一关，我们会拓展类的知识疆界，探索两个类的拓展玩法：类的定制和类的继承。

说是拓展，是因为这两个知识点属于类中较高阶的操作，让用类写成的代码更容易复用、拓展和维护（这些优势在了解继承和定制后，就能理解了）。

可以这么说：类能成为面向对象编程的主要工具，帮助 Python 在编程世界打下一片疆土，很大程度上是基于它的继承和定制。

类的继承

继承，从广东人说起

假设你有个外国朋友，刚来中国。某天，他看到“广东人”这个词，就来问你，你会怎么跟他解释？

可能你会回答：广东是中国的一个地方。广东人就是中国人。他可能会复述：哦！原来就是中国人。

深究的话，“广东人就是中国人”中的“就是”的确切含义是“属于”，即广东人属于中国人。

因此，中国人有的属性（如黑头发）和方法（如用筷子），广东人也都有。这么一来，用一句话“广东人是中国人”，便能让他接受多个信息：广东人有黑头发，会用筷子……

这个过程相当于：把他脑子里对“中国人”这个类的所有信息都复制了一份，然后放到了“广东人”这个类下面。

我们通过事物的归属关系，使信息的传递更为高效。听到“Python是一种计算机语言”，我们就知道Python可以编程；看到“云浮市在广东省”，我们就明白云浮市在中国南方……

同样的，编程世界也是如此。我们也可以用一句话，让计算机知道：A类属于B类，自然也拥有了B类的所有属性和方法。这句话在编程里就是：A类继承了B类。

在Python中，我们的习惯表述是：A类是B类的子类，而B类是A类的父类（或超类）。

所以，类的继承，让子类拥有了父类拥有的所有属性和方法。如此，不用白手起家（从头写代码），直接一夜暴富（代码的复用）。

不过，只有继承的话，子类只是父类的复制而已。那样，为什么不直接用父类，还要增加一个子类？

要回答这个问题，就需要了解另一个重要的概念：类的定制。

类的定制

还是说回广东人，广东人除了继承中国人的属性方法外，还可以创造【属于自己】的属性或方法，如籍贯开头是广东省（属性）、会说广东话（方法）。

甚至，广东人还可以调整继承到的属性或方法，如中国人有个属性“居住的陆地面积（单位：万平方公里）”的值为960，广东人继承后需要将这个属性的值改为17.98。

上面的操作，都可以说是广东人在继承的基础上又做了定制。

同样，子类也可以在继承的基础上进行个性化的定制，包括：（1）创建新属性、新方法；（2）修改继承到的属性或方法。

简而言之：类的定制，不仅可以让子类拥有新的功能，还能让它有权修改继承到的代码——在写这句话时，我仿佛看到子类化成了一个人，抬头瞟了一眼在他上方的父类，淡淡地说了一句话：以我为主，为我所用。

所以，当我们谈定制时，已经包含了继承。毕竟，类的定制的前提是继承，而定制的加入让类的继承不仅仅只是单纯的复制而已。这也是我们创建子类的意义，也可以回答上面提到的那个问题——为什么我们不直接用父类而创建子类？因为……可以定制啊！

至此，今天的两个核心概念，你已经掌握了。理论部分攻下后，我们就可以看代码了。

类的继承，要怎么写？

用代码表示继承，语句是：

而子类继承的属性和方法，也会传递给子类创建的实例。跑个代码感受一下吧（注：广东人的英文单词是 Cantonese）。

class Chinese:
    eye = 'black'

    def eat(self):
        print('吃饭，选择用筷子。')

class Cantonese(Chinese):  
# 通过继承，Chinese类有的，Cantonese类也有
    pass

# 验证子类可以继承父类的属性和方法，进而传递给子类创建的实例
yewen = Cantonese()  
# 子类创建的实例，从子类那间接得到了父类的所有属性和方法
print(yewen.eye)  
# 子类创建的实例，可调用父类的属性
yewen.eat()  
# 子类创建的实例，可调用父类的方法

运行结果：

black
吃饭，选择用筷子。

发现了吗？实例yewen（叶问）是Cantonese（广东人）这个类创建的实例，却拥有Chinese才有的属性和方法。原因你也知道，继承的呗~

再看下代码的注释，加深对这一过程的了解吧。

可见：通过一个小括号，子类就能轻轻松松地拥有父类所拥有的一切。不用复制大段大段的代码，只要一个括号，就能复用整块代码。

我们来试一试，为下面的父类Cat创建一个子类Ragdoll(布偶猫)，并用这个子类的实例来调用父类的属性和方法。
示例代码：

class Cat:
    tail = True
    
    def say(self):
        print('喵喵喵喵喵~')
class Ragdoll(Cat):
    pass
miao=Ragdoll()
print(miao.tail)
miao.say()

恭喜，你已经学会了最基本的继承语法了。

不过，很多类在创建时也不带括号，如class Chinese:。这意味着它们没有父类吗？

并不。实际上，class Chinese:在运行时相当于class Chinese(object):。而object，是所有类的父类，我们将其称为根类（可理解为类的始祖）。

我们可以用一个函数来验证这一点：函数isinstance()，可以用来判断某个实例是否属于某个类。

具体用法是输入两个参数（第一个是实例，第二个是类或类组成的元组），输出是布尔值（True 或 False）。跑下代码你就完全懂了：

# 阅读代码和注释，直接运行

print(isinstance(1,int))
# 判断1是否为整数类的实例
print(isinstance(1,str))

print(isinstance(1,(int,str)))
# 判断实例是否属于元组里几个类中的一个

运行结果：

True
False
True

好。可以正式验证了：

# 阅读完代码再运行。
class Chinese:
    pass

class Cantonese(Chinese):
    pass

gonger = Chinese()
# 宫二，电影《一代宗师》女主，生于东北
yewen = Cantonese()
# 叶问，电影《一代宗师》男主，生于广东

print('\n验证1：子类创建的实例同时也属于父类')
print(isinstance(gonger,Chinese))  
print(isinstance(yewen,Chinese))  

print('\n验证2：父类创建的实例不属于子类。')
print(isinstance(gonger,Cantonese))

print('\n验证3：类创建的实例都属于根类。')
print(isinstance(gonger,object))  
print(isinstance(yewen,object))

运行结果：

验证1：子类创建的实例同时也属于父类
True
True

验证2：父类创建的实例不属于子类。
False

验证3：类创建的实例都属于根类。
True
True

总结一下：

所以，在类的继承中，不仅子类属于父类，子类所创建的实例实际上也同时属于父类。

理论上，父类可以被无限个子类所继承（这一点好比类的属性方法可以传递给无限个实例）。这个点有什么现实意义吗？举个简单的例子：

如果要为每个省级行政区的人各创建一个类，并添加各种属性和方法。那么，只要创建一个父类Chinese，在父类中将共同的属性和方法写好，然后34个类都可以通过类的继承得到Chinese的属性和方法，代码量可以减少十几甚至几十倍。

除此之外，继承还有两个更有趣的玩法：多层继承和多重继承。让我们见识一下吧。

类的继承之多层继承

继承不仅可以发生在两个层级之间（即父类-子类），还可以有父类的父类、父类的父类的父类……

这样一来，层级就出来了。只要你愿意，你可以继续拓展上面的例子，或往上（地球人），或往下（深圳人）。跑个代码体验一下：

# 先阅读代码和注释，然后直接运行代码。
class Earthman:
    eye_number = 2

# 中国人继承了地球人
class Chinese(Earthman):
    eye_color = 'black'

# 广东人继承了中国人，同时也继承了地球人。
class Cantonese(Chinese):
    pass

yewen = Cantonese()
print(yewen.eye_number)
print(yewen.eye_color)

运行结果：

2
black

在代码最后两行，我们看到：实例yewen可以调用父类Chinese和父类的父类Earthman中的属性。可得结论：子类创建的实例可调用所有层级父类的属性和方法。

相信你能感知到：多层继承，属于继承的深度拓展。而下面要讲的多重继承，则是继承的宽度拓展。

类的继承之多重继承

一个类，可以同时继承多个类，语法为class A(B,C,D):。假设我们将“出生在江苏，定居在广东的人”设为一个类Yuesu，那么，它的创建语句则为class Yuesu(Yue,Su)。

class Yuesu(Yue,Su)括号里Yue和Su的顺序是有讲究的。和子类更相关的父类会放在更左侧。我认为“出生在江苏，定居在广东的人”在穿着和饮食等方面会更接近广东人，所以将 Yue 放在 Su 的左侧。

所以，广东人创建的实例在调用属性和方法时，会先在左侧的父类中找，找不到才会去右侧的父类找。（可理解为“就近原则”）

请你根据就近原则，推测下面代码会打印出什么？

class Su:
    born_city = 'Jiangsu'
    wearing = 'thick'  # 穿得较厚

    def diet(self):
        print('我们爱吃甜。')

class Yue:
    settle_city = 'Guangdong'
    wearing = 'thin'  # 穿得较薄

    def diet(self):
        print('我们吃得清淡。')

class Yuesu(Yue,Su):
    pass

xiaoming = Yuesu()
print(xiaoming.wearing)
print(xiaoming.born_city)
xiaoming.diet()

运行结果：

thin
Jiangsu
我们吃得清淡。

小结一下代码中体现的就近原则：越靠近子类（即越靠左）的父类，越亲近，越优先考虑。子类调用属性和方法时，会先在靠左的父类里找，找不到才往右找。

多层继承VS多重继承

对比一下这两种有趣的继承方法：

多层继承和多重继承的结合，让继承的类拥有更多的属性和方法，且能更灵活地调用。进而，继承的力量也得以放大了很多倍。

练习题

现在，请你尝试用代码完成下面的继承关系，按照下图类名和属性创建5个类，并打印出C4类的实例的属性name和num。

参考代码：

class C0:
    name = 'C0'

class C2(C0):
    num = 2

class C1:
    num = 1

class C3:
    name = 'C3'

class C4(C1,C2,C3):
    pass

ins = C4()
print(ins.name) # 打印出C0
print(ins.num) # 打印出1

运行结果：

a的name属性是：C0,a的num属性是1：
1

可以发现就近原则中的一个细节：多重继承中，若某父类还有父类的话，会先继续往上找到顶。例如代码中的ins.name调用的是C2的父类C0的值而非 C3。

至此，我们已经将类的继承的主要玩法探索得七七八八了。终于，我们可以一起进入类的定制了！

类的定制，要怎么写？

定制，可以新增代码

请阅读一下代码和注释：

class Chinese:
    eye = 'black'

    def eat(self):
        print('吃饭，选择用筷子。')

class Cantonese(Chinese):  # 类的继承
    native_place = 'guangdong'  # 类的定制

    def dialect(self):  # 类的定制
        print('我们会讲广东话。')

yewen = Cantonese()
print(yewen.eye)
# 父类的属性能用
print(yewen.native_place)
# 子类的定制属性也能用
yewen.eat()
# 父类的方法能用
yewen.dialect()
# 子类的定制方法也能用

运行结果：

black
guangdong
吃饭，选择用筷子。
我们会讲广东话。

可见：我们可以在子类下新建属性或方法，让子类可以用上父类所没有的属性或方法。这种操作，属于定制中的一种：新增代码。

除了新增代码外，定制还有另一种操作：重写代码。

定制，也可重写代码

重写代码，是在子类中，对父类代码的修改。

我们举个例子：已知中国的陆地面积，也知道广东的陆地面积占比为1.88%。那么，两个类的方法可以写成这样：

class Chinese:
    def land_area(self,area):
        print('我们居住的地方，陆地面积是%d万平方公里左右。'% area)

class Cantonese(Chinese):
    # 直接对方法进行重写
    def land_area(self,area):
        print('我们居住的地方，陆地面积是%d万平方公里左右。'% int(area * 0.0188))

这样的话，两个类都有个各自的land_area()方法，我们分别创建实例，运行一下看下结果：

我们居住的地方，陆地面积是960万平方公里左右。
我们居住的地方，陆地面积是18万平方公里左右。

不过，这个其实是不好的示范。虽然目的达成了，但直接重写并不优雅（有点类似洗去了旧方法，然后补上新方法）。

想一想：假设有34个子类需定制这个方法，都是直接重写。那么，假设父类的方法改变，如说法改为“我们脚下的大地的面积有960万平方公里”。那么，就需要将所有子类的代码中的说法也改变。

显然，这样对代码的维护很不友好。所以，下面介绍更优雅的重写方式：

class Chinese:

    def land_area(self,area):
        print('我们居住的地方，陆地面积是%d万平方公里左右。'% area)

class Cantonese(Chinese):
    # 间接对方法进行重写
    def land_area(self, area, rate = 0.0188):
        Chinese.land_area(self, area * rate)
        # 直接继承父类方法，再调整参数。

gonger = Chinese()
yewen = Cantonese()
gonger.land_area(960)
yewen.land_area(960)

子类继承父类方法的操作是在def语句后接父类.方法（参数），如上述代码的第八、九行。

这样一来，父类方法land_area中的说法改变，子类也不用去动，因为子类直接继承了父类的方法。只不过，在继承的基础上，通过参数的调整完成了定制。

而参数的调整，可以增加参数（如 rate），也可以改变参数的默认值，如下：

# 阅读代码后运行
class Chinese:

    def land_area(self,area):
        print('我们居住的地方，陆地面积是%d万平方公里左右。' % area)

class Cantonese(Chinese):
    # 为参数 area 设置默认值。
    def land_area(self, area = 960, rate = 0.0188):
        Chinese.land_area(self, area * rate)

yewen = Cantonese()
yewen.land_area()
# 两个参数都有默认值，所以可以这么调用。

下面，请你通过参数默认值的改变，完成子类的定制，让程序的运行结果为“雷猴！欢迎来到广东。”

# 提示：初始化方法的定制，和一般的实例方法的定制是一样的。
class Chinese:
    def __init__(self, greeting='你好', place='中国'):
        self.greeting = greeting
        self.place = place

    def greet(self):
        print('%s！欢迎来到%s。' % (self.greeting, self.place))

# 请为子类完成定制，代码量：两行。
class Cantonese(Chinese):
    def __init__(self,greeting='雷猴',place='广东'):
        Chinese.__init__(self,greeting,place)
    

yewen = Cantonese()
yewen.greet()

运行结果：

雷猴！欢迎来到广东。

这便是定制：在复用代码的基础上，又能满足个性化的需求。

结语

类的继承和定制，从某个角度来看，和人类的科技史很像：每一代人，都“继承”了上一代的科技，同时“定制”属于这一代的科技。于是，科技的发展越来越先进。

可以说：我们今天所享受到科技的便利和乐趣，来源于一代又一代的人在科技上的传承和创新。

在我眼前，仿佛在这样一幅画面：每一代人都站在了上一代人的肩膀上，于是，人类这个整体得以站得越高，看得越远。

而我，也很愿意用自己的肩膀为你铺路，让你可以了解编程，认识编程，甚至爱上编程。

我在写每堂课时，也都怀揣着这样的目标：让认真上课的你，起码在知识层面上可以更上一层楼，并且进入某个知识房间的门。这样，假设未来需要用到这房间内的知识，你也有基础去自学。

对于类，至此，我敢说：你已经入门了。

之后，在写代码时，只要你判断用类可以更好地满足代码需求，就大胆地用起来吧！