【python】python中的多态与鸭子类型

python与鸭子类型

调用不同的子类将会产生不同的行为,而无须明确知道这个子类实际上是什么,这是多态的重要应用场景。而在python中,因为鸭子类型(duck typing)使得其多态不是那么酷。
鸭子类型是动态类型的一种风格。在这种风格中,一个对象有效的语义,不是由继承自特定的类或实现特定的接口,而是由"当前方法和属性的集合"决定。这个概念的名字来源于由James Whitcomb Riley提出的鸭子测试,“鸭子测试”可以这样表述:“当看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子,那么这只鸟就可以被称为鸭子。”
在鸭子类型中,关注的不是对象的类型本身,而是它是如何使用的。例如,在不使用鸭子类型的语言中,我们可以编写一个函数,它接受一个类型为"鸭子"的对象,并调用它的"走"和"叫"方法。在使用鸭子类型的语言中,这样的一个函数可以接受一个任意类型的对象,并调用它的"走"和"叫"方法。如果这些需要被调用的方法不存在,那么将引发一个运行时错误。任何拥有这样的正确的"走"和"叫"方法的对象都可被函数接受的这种行为引出了以上表述,这种决定类型的方式因此得名。
鸭子类型通常得益于不测试方法和函数中参数的类型,而是依赖文档、清晰的代码和测试来确保正确使用。

静态类型语言和动态类型语言的区别

静态类型语言在编译时便已确定变量的类型,而动态类型语言的变量类型要到程序运行的时候,待变量被赋予某个值之后,才会具有某种类型。
静态类型语言的优点首先是在编译时就能发现类型不匹配的错误,编辑器可以帮助我们提前避免程序在运行期间有可能发生的一些错误。其次,如果在程序中明确地规定了数据类型,编译器还可以针对这些信息对程序进行一些优化工作,提高程序执行速度。
静态类型语言的缺点首先是迫使程序员依照强契约来编写程序,为每个变量规定数据类型,归根结底只是辅助我们编写可靠性高程序的一种手段,而不是编写程序的目的,毕竟大部分人编写程序的目的是为了完成需求交付生产。其次,类型的声明也会增加更多的代码,在程序编写过程中,这些细节会让程序员的精力从思考业务逻辑上分散开来。
动态类型语言的优点是编写的代码数量更少,看起来也更加简洁,程序员可以把精力更多地放在业务逻辑上面。虽然不区分类型在某些情况下会让程序变得难以理解,但整体而言,代码量越少,越专注于逻辑表达,对阅读程序是越有帮助的。
动态类型语言的缺点是无法保证变量的类型,从而在程序的运行期有可能发生跟类型相关的错误。
动态类型语言对变量类型的宽容给实际编码带来了很大的灵活性。由于无需进行类型检测,我们可以尝试调用任何对象的任意方法,而无需去考虑它原本是否被设计为拥有该方法。

面向接口编程

动态类型语言的面向对象设计中,鸭子类型的概念至关重要。利用鸭子类型的思想,我们不必借助超类型的帮助,就能轻松地在动态类型语言中实现一个原则:“面向接口编程,而不是面向实现编程”。例如,一个对象若有push和pop方法,并且这些方法提供了正确的实现,它就可以被当作栈来使用。一个对象如果有length属性,也可以依照下标来存取属性(最好还要拥有slice和splice等方法),这个对象就可以被当作数组来使用。

在静态类型语言中,要实现“面向接口编程”并不是一件容易的事情,往往要通过抽象类或者接口等将对象进行向上转型。当对象的真正类型被隐藏在它的超类型身后,这些对象才能在类型检查系统的“监视”之下互相被替换使用。只有当对象能够被互相替换使用,才能体现出对象多态性的价值。

python中的多态

python中的鸭子类型允许我们使用任何提供所需方法的对象,而不需要迫使它成为一个子类。
由于python属于动态语言,当你定义了一个基类和基类中的方法,并编写几个继承该基类的子类时,由于python在定义变量时不指定变量的类型,而是由解释器根据变量内容推断变量类型的(也就是说变量的类型取决于所关联的对象),这就使得python的多态不像是c++或java中那样,定义一个基类类型变量而隐藏了具体子类的细节。

请看下面的例子和说明:

class AudioFile:
    def __init__(self, filename):
        if not filename.endswith(self.ext):
            raise Exception("Invalid file format")
        self.filename = filename

class MP3File(AudioFile):
    ext = "mp3"
    def play(self):
        print("Playing {} as mp3".format(self.filename))

class WavFile(AudioFile):
    ext = "wav"
    def play(self):
        print("Playing {} as wav".format(self.filename))

class OggFile(AudioFile):
    ext = "ogg"
    def play(self):
        print("Playing {} as ogg".format(self.filename))

class FlacFile:
    """
    Though FlacFile class doesn't inherit AudioFile class,
    it also has the same interface as three subclass of AudioFile.

    It is called duck typing.
    """
    def __init__(self, filename):
        if not filename.endswith(".flac"):
            raise Exception("Invalid file format")
        self.filename = filename

    def play(self):
        print("Playing {} as flac".format(self.filename))

上面的代码中,MP3FileWavFileOggFile三个类型继承了AudioFile这一积累,而FlacFile没有扩展AudioFile,但是可以在python中使用完全相同的接口与之交互。
因为任何提供正确接口的对象都可以在python中交替使用,它减少了多态的一般超类的需求。继承仍然可以用来共享代码,但是如果所有被共享的都是公共接口,鸭子类型就是所有所需的。这减少了继承的需要,同时也减少了多重继承的需要;通常,当多重继承似乎是一个有效方案的时候,我们只需要使用鸭子类型去模拟多个超类之一(定义和那个超类一样的接口和实现)就可以了。

参考文件

维基百科:鸭子类型

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