Python学习笔记13：进阶篇(二)，类的继承与组合

news2024/9/20 22:39:44

类的继承

我们在编写一系列的类的时候，会发现这些类很相似，但是又有各自的特点和行为。在编写这些类的时候，我们可以把相同的部分抽象成一个基类，然后根据其他不同的特点和行为，抽象出子类，继承这个基类。通过继承，我们就可以方便的完整这一些列类的抽象。

示例

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
        self.country = "中国"  # 设置默认值

    def speak(self):
        print(f"大家好, 我的名字是{self.name}, 今年{self.age}岁,我来自{self.country}. 我讲的是普通话.")


class GuangdongPerson(Person):

    def __init__(self, name, age):
        super().__init__(name, age)
        self.province = "广东"

    def speak(self):
        print(f"大家好, 我是{self.name}, 今年{self.age}岁,我来自{self.country}{self.province}. 我会讲广东话.")


class TaiwanPerson(Person):

    def __init__(self, name, age):
        super().__init__(name, age)
        self.province = "台湾"

    def speak(self):
        print(f"大家好, 我是{self.name}, 今年{self.age}岁,我来自{self.country}{self.province}. 我会讲台湾话.")


zhang_san = GuangdongPerson("张三", 18)
li_si = TaiwanPerson("李四", 20)
zhang_san.speak()
li_si.speak()

在这里插入图片描述

例子不能说讲的很好哈，能理解就行。像我之前推荐的书，书里的举例是car，其他教程里面可能还有shape。但是举什么例子不重要，重要的是了解什么是继承，继承能干什么，有什么意义，好处和坏处是什么。

什么是继承

继承是一种面向对象编程的基本特性，它允许我们定义一个类（称为子类或派生类），该类可以从另一个已经存在的类（称为父类或基类）那里继承属性和方法。这意味着子类会自动获得父类的所有功能，同时还可以定义或修改自己的属性和方法，或者覆盖父类的方法来实现特定的功能。
在示例中，我们先定义了一个父类Person。而后定义了GuangdongPerson和TaiwanPerson两个类，这两个类定义了自己的属性，继承Person类的三个属性和函数，最后我们重写来自于父类的方法。

为什么要继承

继承的主要目的是促进代码的复用性、模块化和易于维护。通过继承，我们可以创建一个通用的基类来封装共同的行为，然后为具有特殊需求的子类添加或修改功能，而不需要重复编写相同的代码。

继承有哪些缺点

没有完美无缺的事物，继承在提供便利的同时也带来一些问题：

过度耦合: 如果子类过于依赖父类的实现细节，当父类发生变化时，可能会对子类产生意想不到的影响。这种紧密的耦合关系使得代码难以修改和维护。
复杂度增加: 随着继承层次的加深，类结构会变得更加复杂。开发者需要跟踪多个层级的继承关系，理解每个类的功能和责任变得困难。
灵活性降低: 继承是静态的，一旦一个类继承了另一个类，这种关系就固定下来，不能在运行时改变。这限制了代码的灵活性和可重用性。
菱形问题（Diamond Problem）: 在多继承的语言中，如果多个父类拥有同一个方法或属性，子类可能会遇到冲突，不确定应该使用哪一个父类的实现。
代码可读性和可维护性下降: 过度使用继承可能导致“类爆炸”，即类的数量急剧增加，这会使代码库变得庞大且难以管理。

什么时候用继承

选择使用继承主要取决于以下几个场景和原则：

共享行为和属性: 当多个类具有相似的属性和行为时，可以考虑使用继承。一个基类可以定义这些共性部分，而子类则专注于差异化的部分。例如，各种动物类可能都共享“移动”和“吃”的行为，但具体实现各不相同。
代码复用: 继承允许子类重用父类的代码，减少重复代码，提高代码的可维护性。如果多个类需要执行相同的操作或拥有相同的属性，通过继承可以避免重复定义这些内容。
层次结构: 当类之间存在明显的层次或分类关系时，继承是自然的选择。例如，在一个图形界面库中，Widget类可以作为基类，而Button、TextBox等具体控件类继承自它，形成一个清晰的层次结构。
接口一致性: 如果希望一组类提供一致的接口给外部使用者，即使它们的内部实现不同，也可以通过继承来实现。这使得客户端代码可以以统一的方式处理这些类的实例。
抽象类和接口: 使用抽象基类（ABC）可以定义一个接口或模板，强制子类必须实现特定的方法，从而保证了设计的一致性和约束性。

通常继承和组合两个方式来实现某些属性和行为的复用。当两个类之间的关系不是“is-a”的关系，而是“has-a”的关系时，组合（包含另一个类的实例）通常是更好的选择。

组合

当我们需要复用某些类的属性和行为的时候，使用继承的方式和客观事实相违背，但是有另一个符合客观事实的复用方式，就是组合。简单理解为定义一个类A的时候，将另一个已存在的类B和A自己本身的一些属性和行为放到一起组合成类A

什么是组合

组合（Composition）是面向对象编程中的另一种重要的设计原则，用于表示“整体-部分”（has-a）的关系，而不是继承所表达的“是一个”（is-a）的关系。在组合中，一个类的对象可以包含另一个或多个类的对象作为其属性，以此来实现更复杂的功能或结构，而无需通过继承来扩展类的功能。

组合的好处

灵活性：相比于继承，组合提供了更高的灵活性。因为对象可以在运行时动态地添加、替换或移除其组成部分，这使得系统更加灵活，更容易适应变化。
明确的责任分配：每个对象负责自身的功能，整体对象通过协调其组成部分来完成更复杂的任务，这有助于遵循单一职责原则。
避免继承的局限性：组合可以有效避免继承的缺点，如多重继承的菱形问题、过深的继承层次导致的复杂性等。
促进代码重用：通过将复杂对象构建为简单对象的组合，可以在不同的上下文中重用这些简单对象，而不需要创建新的继承层次。

什么时候用组合

当一个类需要使用另一个类的功能，但两者之间不存在“是一种”关系时。
当需要在运行时动态地调整或扩展对象的功能时。
当想要设计出高度可配置和可变的对象结构时。

示例

class Engine:
    def start(self):
        print("Engine started.")


class ElectricEngine(Engine):
    def start(self):
        print("Electric Engine started.")


class InternalCombustionEngine(Engine):
    def start(self):
        print("Internal Combustion Engine started.")


class Car:
    def __init__(self):
        self.engine = Engine()  # Car类包含了一个Engine对象，这就是组合

    def set_engine(self, engine):
        self.engine = engine

    def start_car(self):
        self.engine.start()  # 通过组合的Engine对象来启动汽车


my_car = Car()
# 普通引擎
my_car.start_car()
my_car.set_engine(ElectricEngine())
# 电动引擎
my_car.start_car()
my_car.set_engine(InternalCombustionEngine())
# 汽油引擎
my_car.start_car()

在这里插入图片描述
在例子中，我们需要定义一个汽车类。汽车可以通过引擎启动。所以我们先定义一个引擎类来启动汽车。这个时候问题来了，汽车继承引擎，是不是很奇怪。汽车和引擎很明显不是is-a的关系，而是has-a的关系，所以我们需要使用组合的方式，将引擎类作为汽车的一个属性封装到汽车类中。
最后，使用不同的引擎，启动方法的实现也不一样，成功完成目标需求。