31、Python之面向对象:开闭原则与多态?学我者生、似我者死

南宫理的日志录 2024-10-12 09:17:00
引言

前面我们花了不少的篇幅把Python中面向对象的封装与继承简单介绍了一遍。今天来聊一下Python面向对象的第三个特性:多态。

其实,在《Python之面向对象:一切皆对象,可你真的需要面向对象吗》这篇文章中,对比面向过程与面向对象的设计思想时,已经使用了多态,并体会到了多态的好处。没有读过这篇文章的同学,可以直接跳转查看。

今天的文章中,我们来对多态做一个稍微完整一些的介绍。

开闭原则(OCP)

在介绍介绍多态之前,我们首先来先看下面线对象设计(OOD)需要遵循的基本原则,之所以要先介绍这些原则,前面已经提到过,从软件工程的角度来看,相较于面向对象编程(OOP),其实更加核心关键在于其前置的两项工作,即面向对象分析(OOA)与面向对象设计(OOD),OOP本身其实可以看作是对OOA和OOD输出结果的翻译工作。

OOD有五个需要遵循的基本原则,也称之为SOLID原则(是将每个原则的首字母拼接在一起),分别是:

1、单一职能原则(Single Responsibility Principle, SRP)

2、开放封闭原则(Open/Closed Principle, OCP)

3、里氏替换原则(Liskov Substitution Principle, LSP)

4、接口隔离原则(Interface Segregation Principle, ISP)

5、依赖倒置原则(Dependency Inversion Principle, DIP)

简单来说,就是:

1、每个类应该只有一个职责。

2、对扩展开放,对修改封闭。

3、子类可以替代父类,程序行为不变。

4、客户端不应该被迫依赖它们不需要的接口。

5、高层模块不应该依赖低层模块,两者都应该依赖于抽象。

在OOD中通过践行这些原则,可以帮助我们设计、开发出更加灵活、易维护、可扩展的系统。

OOD原则就介绍到这里,感兴趣的可以找本《设计模式》的书来看看。在笔者看来,大道至简,相较于机械记忆几十种设计模式,不如更好地消化理解这几条设计原则。

之所以要提OOD的设计原则,是因为其中的OCP与面向对象的多态具有很大的关联性,在一定程度上可以理解为,要践行OCP,就需要使用面向对象的多态。

来看一下这段代码:

执行结果:

经过这么多篇面向对象的文章的介绍,已经对面向对象编程有感觉的同学,一定会觉得上面的代码写得很别扭,上面的代码就是典型的违反了OCP原则的设计。

因为,当我们每次扩展一种新的打工人类型时,都要修改work()函数的内部代码,添加新的实例类型的判断分支。改进的方法就是我们今天要介绍的“多态”。

多态

首先看通过多态,对上面违反OCP原则的代码的改进方案:

通过多态的方式,当扩展打工人类型时,work()函数是不需要修改的。

需要注意的是,这个案例中,对修改是否关闭,看的是这里:

修改前,每次扩充都要修改work()函数的定义。而修改后,每次扩充,work()函数都不需要修改的。

回看前面的文章,其实会发现,我们已经在不知不觉地使用“多态”的特性了。

虽然已经会用了,我们还是在废话几句介绍下“多态”吧。

1、所谓多态(Polymorphism)是面向对象中的一个核心概念、核心特性,它允许我们通过相同的接口(比如前面的work()函数)调用不同的对象,从而实现代码的灵活性和可扩展性。

2、多态有两种主要的实现方式,分别是方法重写(子类重写父类的方法,提供不同的实现),以及接口多态(在Python中是继承同一个抽象基类)。

3、从上面的实现方式可以看出,继承是实现多态的基础。

总结

其实,从更广泛的意义上,有个“动态绑定”的概念,指的是在运行时才确定方法调用的目标,而非在编译时确定。在面向对象的语境下,动态绑定可以粗略的理解为就等同于多态。而在非面向对象的语境时,还有一种机制叫做“鸭子类型”。

鸭子类型和多态,都是践行开闭原则的方法,两者都是基于“动态绑定”的特性来实现。

关于“鸭子类型”的内容,我们在后面的文章中会进行介绍。

关于“多态”的内容就介绍到这里了,感谢您的拨冗阅读!

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