python 多重繼承的應用?【每日一個知識點第104期-Python】

繼承是面向對象編程的一個重要的方式,因為通過繼承,子類就可以擴展父類的功能。

回憶一下Animal類層次的設計,假設我們要實現以下4種動物:

  • Dog – 狗狗;
  • Bat – 蝙蝠;
  • Parrot – 鸚鵡;
  • Ostrich – 鴕鳥。

如果按照哺乳動物和鳥類歸類,我們可以設計出這樣的類的層次:

animal-mb

但是如果按照“能跑”和“能飛”來歸類,我們就應該設計出這樣的類的層次:

animal-rf

如果要把上面的兩種分類都包含進來,我們就得設計更多的層次:

  • 哺乳類:能跑的哺乳類,能飛的哺乳類;
  • 鳥類:能跑的鳥類,能飛的鳥類。

這么一來,類的層次就復雜了:

animal-mb-rf

如果要再增加“寵物類”和“非寵物類”,這么搞下去,類的數量會呈指數增長,很明顯這樣設計是不行的。

正確的做法是采用多重繼承。首先,主要的類層次仍按照哺乳類和鳥類設計:

class Animal(object):
    pass

# 大類:
class Mammal(Animal):
    pass

class Bird(Animal):
    pass

# 各種動物:
class Dog(Mammal):
    pass

class Bat(Mammal):
    pass

class Parrot(Bird):
    pass

class Ostrich(Bird):
    pass

現在,我們要給動物再加上RunnableFlyable的功能,只需要先定義好RunnableFlyable的類:

class Runnable(object):
    def run(self):
        print('Running...')

class Flyable(object):
    def fly(self):
        print('Flying...')

對于需要Runnable功能的動物,就多繼承一個Runnable,例如Dog

class Dog(Mammal, Runnable):
    pass

對于需要Flyable功能的動物,就多繼承一個Flyable,例如Bat

class Bat(Mammal, Flyable):
    pass

通過多重繼承,一個子類就可以同時獲得多個父類的所有功能。

Mixin

在設計類的繼承關系時,通常,主線都是單一繼承下來的,例如,Ostrich繼承自Bird。但是,如果需要“混入”額外的功能,通過多重繼承就可以實現,比如,讓Ostrich除了繼承自Bird外,再同時繼承Runnable。這種設計通常稱之為Mixin。

為了更好地看出繼承關系,我們把RunnableFlyable改為RunnableMixinFlyableMixin。類似的,你還可以定義出肉食動物CarnivorousMixin和植食動物HerbivoresMixin,讓某個動物同時擁有好幾個Mixin:

class Dog(Mammal, RunnableMixin, CarnivorousMixin):
    pass

Mixin的目的就是給一個類增加多個功能,這樣,在設計類的時候,我們優先考慮通過多重繼承來組合多個Mixin的功能,而不是設計多層次的復雜的繼承關系。

Python自帶的很多庫也使用了Mixin。舉個例子,Python自帶了TCPServerUDPServer這兩類網絡服務,而要同時服務多個用戶就必須使用多進程或多線程模型,這兩種模型由ForkingMixinThreadingMixin提供。通過組合,我們就可以創造出合適的服務來。

比如,編寫一個多進程模式的TCP服務,定義如下:

class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixin):
    pass

編寫一個多線程模式的UDP服務,定義如下:

class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixin):
    pass

如果你打算搞一個更先進的協程模型,可以編寫一個CoroutineMixin

class MyTCPServer(TCPServer, CoroutineMixin):
    pass

這樣一來,我們不需要復雜而龐大的繼承鏈,只要選擇組合不同的類的功能,就可以快速構造出所需的子類。

小結

由于Python允許使用多重繼承,因此,Mixin就是一種常見的設計。

只允許單一繼承的語言(如Java)不能使用Mixin的設計。


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