多重继承
继承是面向对象编程的一个重要的方式,因为通过继承,子类就可以扩展父类的功能。
回忆一下Animal
类层次的设计,假设我们要实现以下4种动物:
- Dog - 狗狗;
- Bat - 蝙蝠;
- Parrot - 鹦鹉;
- Ostrich - 鸵鸟。
如果按照哺乳动物和鸟类归类,我们可以设计出这样的类的层次:
┌───────────────┐
│ Animal │
└───────────────┘
│
┌────────────┴────────────┐
│ │
▼ ▼
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Mammal │ │ Bird │
└─────────────┘ └─────────────┘
│ │
┌─────┴──────┐ ┌─────┴──────┐
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Dog │ │ Bat │ │ Parrot │ │ Ostrich │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
但是如果按照“能跑”和“能飞”来归类,我们就应该设计出这样的类的层次:
┌───────────────┐
│ Animal │
└───────────────┘
│
┌────────────┴────────────┐
│ │
▼ ▼
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Runnable │ │ Flyable │
└─────────────┘ └─────────────┘
│ │
┌─────┴──────┐ ┌─────┴──────┐
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Dog │ │ Ostrich │ │ Parrot │ │ Bat │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
如果要把上面的两种分类都包含进来,我们就得设计更多的层次:
- 哺乳类:能跑的哺乳类,能飞的哺乳类;
- 鸟类:能跑的鸟类,能飞的鸟类。
这么一来,类的层次就复杂了:
┌───────────────┐
│ Animal │
└───────────────┘
│
┌────────────┴────────────┐
│ │
▼ ▼
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Mammal │ │ Bird │
└─────────────┘ └─────────────┘
│ │
┌─────┴──────┐ ┌─────┴──────┐
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ MRun │ │ MFly │ │ BRun │ │ BFly │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
│ │ │ │
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Dog │ │ Bat │ │ Ostrich │ │ Parrot │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
如果要再增加“宠物类”和“非宠物类”,这么搞下去,类的数量会呈指数增长,很明显这样设计是不行的。
正确的做法是采用多重继承。首先,主要的类层次仍按照哺乳类和鸟类设计:
class Animal(object):
pass
# 大类:
class Mammal(Animal):
pass
class Bird(Animal):
pass
# 各种动物:
class Dog(Mammal):
pass
class Bat(Mammal):
pass
class Parrot(Bird):
pass
class Ostrich(Bird):
pass
现在,我们要给动物再加上Runnable
和Flyable
的功能,只需要先定义好Runnable
和Flyable
的类:
class Runnable(object):
def run(self):
print('Running...')
class Flyable(object):
def fly(self):
print('Flying...')
对于需要Runnable
功能的动物,就多继承一个Runnable
,例如Dog
:
class Dog(Mammal, Runnable):
pass
对于需要Flyable
功能的动物,就多继承一个Flyable
,例如Bat
:
class Bat(Mammal, Flyable):
pass
通过多重继承,一个子类就可以同时获得多个父类的所有功能。
MixIn
在设计类的继承关系时,通常,主线都是单一继承下来的,例如,Ostrich
继承自Bird
。但是,如果需要“混入”额外的功能,通过多重继承就可以实现,比如,让Ostrich
除了继承自Bird
外,再同时继承Runnable
。这种设计通常称之为MixIn。
为了更好地看出继承关系,我们把Runnable
和Flyable
改为RunnableMixIn
和FlyableMixIn
。类似的,你还可以定义出肉食动物CarnivorousMixIn
和植食动物HerbivoresMixIn
,让某个动物同时拥有好几个MixIn:
class Dog(Mammal, RunnableMixIn, CarnivorousMixIn):
pass
MixIn的目的就是给一个类增加多个功能,这样,在设计类的时候,我们优先考虑通过多重继承来组合多个MixIn的功能,而不是设计多层次的复杂的继承关系。
Python自带的很多库也使用了MixIn。举个例子,Python自带了TCPServer
和UDPServer
这两类网络服务,而要同时服务多个用户就必须使用多进程或多线程模型,这两种模型由ForkingMixIn
和ThreadingMixIn
提供。通过组合,我们就可以创造出合适的服务来。
比如,编写一个多进程模式的TCP服务,定义如下:
class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixIn):
pass
编写一个多线程模式的UDP服务,定义如下:
class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixIn):
pass
如果你打算搞一个更先进的协程模型,可以编写一个CoroutineMixIn
:
class MyTCPServer(TCPServer, CoroutineMixIn):
pass
这样一来,我们不需要复杂而庞大的继承链,只要选择组合不同的类的功能,就可以快速构造出所需的子类。
小结
由于Python允许使用多重继承,因此,MixIn就是一种常见的设计。
只允许单一继承的语言(如Java)不能使用MixIn的设计。
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