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类的继承和多态,简易的Python面向对象教程
2021-03-12
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来源:麦叔编程

作者:麦叔

面向对象是所有高级语言(Python,Java,C++等)的基石,是重中之重。

这个文章系列的目的是通过简单易懂的例子,深入浅出,让Python学习者牢固地掌握Python面向对象的概念和方法。

本系列包括:

  • 面向对象(1) - 属性,构造方法,self关键词。
  • 面向对象(2) - 实例方法 (本文)
  • 面向对象(3) - 类属性和类方法
  • 面向对象(4) - 继承和多态,以及一个综合小游戏案例
类的继承和多态,简易的Python面向对象教程

类的继承,父类,子类

看这张图:

类的继承和多态,简易的Python面向对象教程
  1. 上面有一条小狗,代表了普通的狗。
  2. 下面有警犬,牧羊犬和宠物犬,他们都是狗。
  3. 但他们又有独特的特点,具有额外的属性或者技能。
  4. 警犬有侦探功能,所以有detect()方法,有额外的属性ability,表示它的侦探能力等级。
  5. 牧羊犬有保护养的功能,所以有protect()方法,有额外的num_of_sheeps表示它可以保护几只羊。
  6. 宠物犬有唱歌的功能,所以有sing()方法,有额外的属性price表示价格。

动物界具有天然的继承关系,人类也是,我们一代代继承下来。继承了前辈们的属性和能力,又发展了自己独特的属性和能力。

在图中的例子,我们如何在程序中表示普通的狗,牧羊犬,警犬等呢?

我们可以把detect(), protect()等函数和属性直接加在Dog里面,但这并不合理,因为并不是所有的狗可以侦查,并不是所有的狗都可以保护养。

正确的做法是创建新的类,这些新的类继承Dog类:

  • SheepDog 表示牧羊犬
  • PoliceDog 表示警犬
  • PetDog 表示宠物犬

在这里Dog被称为父类,SheepDog等被称为子类

子类会自动拥有父类的属性和方法,自己也可以添加自己的独特属性和方法。

子类的定义

现在来定义SheepDog。先看看我们原来的Dog类:

#类是一个模板 class Dog:     num_of_dogs = 0  # 类属性     police_height = 60     #构造方法 - 添加实例属性,做其他的初始化工作     def __init__(self, name, height, power):
        self.name = name
        self.height = height
        self.power = power
        self.blood = 10         print(f"{self.name}出生了,汪汪!")
        Dog.num_of_dogs += 1     
    #狗叫     def bark(self):
        print(f'我是{self.name},汪汪汪!')

定义子类SheepDog

class SheepDog(Dog):     '''牧羊犬,包括名字,高度,攻击力和能看护的养的个数'''     def __init__(self, name, height, power, num_of_sheeps):         super().__init__(name, height, power)
        self.num_of_sheeps = num_of_sheeps

仔细阅读上面的代码,观察它的特点:

声明继承关系

SheepDog(Dog) 这种写法:括号中的Dog表示Dog是SheepDog的父类。

我们定义Dog的时候没有括号,表示它没有父类(实际上它默认继承了Object类)。

构造函数和super()方法

  1. 子类也有构造函数init方法,传入各项必要的属性。
  2. 构造函数的第一行调用父类的构造函数,因为牧羊犬首先也是一个Dog,所以要先构造一个Dog出来。
  3. 其中super()代表父类。我们用self表示自己,用super()表示父类。注意self是一个关键词,是没有括号的,super()是一个函数,是有括号的。值得注意的是,使用self可以访问父类的属性和方法,因为父类的就是自己的。在构造函数中我们使用super()来调用父类的构造函数是因为子类和父类都有__init__方法,如果不适用super()就会调用自己的__init__方法,这种情况下需要用super)()来明确指定要访问父类的方法。
  4. 第二行添加了牧羊犬的独特属性num_of_sheeps。这样牧羊犬有4个属性,其中3个属性是继承自父类的,一个是自己独有的。

使用子类

子类的使用和父类是一样的:

  1. 调用构造函数创建实例。
  2. 通过变量名访问属性。
  3. 通过变量名调用方法。注意bark()是父类的函数,子类可以直接使用。
sd1 = SheepDog('大黄'678810)
print(f'名字:{sd1.name}')
print(f'血量:{sd1.blood}')
print(f'高度:{sd1.power}')
sd1.bark()

给子类添加新的方法

我们给SheepDog添加它的独特方法protect():

class SheepDog(Dog):     '''牧羊犬,包括名字,高度,攻击力和能看护的养的个数'''     def __init__(self, name, height, power, num_of_sheeps):         super().__init__(name, height, power)
        self.num_of_sheeps = num_of_sheeps

    def protect(self):         print('我开始保护小羊啦!')

调用一下试试看:

sd1 = SheepDog('大黄', 67, 88, 10) sd1.protect()

覆盖父类的方法

因为继承的关系,SheepDog直接就有bark()方法,这是从父类继承过来的。

假设牧羊犬的叫声和普通叫声是不一样的,我们在子类中覆盖父类中的方法:

class SheepDog(Dog):     '''牧羊犬,包括名字,高度,攻击力和能看护的养的个数'''     def __init__(self, name, height, power, num_of_sheeps):         super().__init__(name, height, power)
        self.num_of_sheeps = num_of_sheeps

    def protect(self):         print('我开始保护小羊啦!')

    def bark(self):         print('我是牧羊犬,我骄傲!')

这时候再调用bark()方法就会使用子类中定义的方法:

sd1 = SheepDog('大黄', 67, 88, 10) sd1.bark()

打印的结果是:

我是牧羊犬,我骄傲!

集成和覆盖的用处举例

类的继承和对父类方法的覆盖在代码设计中很有用。假设有个程序的界面是这样的:

类的继承和多态,简易的Python面向对象教程

按钮就是一个类,比如叫做Button。

为了实现不同的皮肤,我们可以写一个类继承Button类,假设就叫做MyButton吧,子类自动拥有了父类的属性和函数,但是我们可以覆盖某些函数,让他拥有不同的皮肤,甚至不同的行为。

Dog版本的吃鸡游戏

面向对象的核心知识到这里就更新完了,最后奉上Dog版本的吃鸡游戏。这个游戏包含两个类:

  • 其中dog.py定义了几个狗类
  • game.py中创建100条Dog并让他们互相攻击,直到最后只有一只为止。

dog.py

#2种狗具有不同的攻击力和防御能力。攻击强的防御弱;反之亦然; import random class Dog:  dogs = [] #保存所有活着的Dog  def __init__(self, name):
  self.name = name 
  self.blood = 100   self.attack_power = 5   self.defense_power = 3  #攻击!  def attack(self, dog2):
  print(f'{self.name}攻击{dog2.name},攻击力:{self.attack_power},防御力:{dog2.defense_power}')
  point = self.attack_power - dog2.defense_power
  if(dog2.blood > point):
   dog2.blood -= point
   print(f'{dog2.name}受到攻击,奋力自救,血量减少为{dog2.blood}')
  else:    dog2.blood = 0    print(f'{dog2.name}受到攻击,失血过多,死亡!')
   Dog.dogs.remove(dog2) 
 
 #判定狗的类型  def dog_type(self):
  if(isinstance(self, SheepDog)):
   return '牧羊犬'   elif(isinstance(self, PoliceDog)):
   return '警犬'   else:    return '普通犬' #牧羊犬 class SheepDog(Dog):  def __init__(self, name):
  super().__init__(name)
  self.attack_power = random.randint(510)
  self.defense_power = random.randint(3,5) 
  print('牧羊犬{self.name}问世!')
  self.dogs.append(self) #警犬 class PoliceDog(Dog):  def __init__(self, name):
  super().__init__(name)
  self.attack_power = random.randint(813)
  self.defense_power = random.randint(1,3) 
  print('‍♀️警犬{self.name}问世!')
  self.dogs.append(self)

game.py

#1. 首先创建100个Dog, 50个SheepDog, 50个PoliceDog #2. 每一轮游戏,随机选出2个Dog #3. dog1先攻击dog2,然后dog2攻击dog1 #3. 任何一方血量变为0就表明死亡!死亡的Dog退出游戏。 #4. 最后只有一个Dog了,游戏结束,胜利者可以吃鸡。 from dog import * import random #产生随机数字 import time #时间模块 #1.创建100条狗 for i in range(100):
 if(i%2==0):
  SheepDog(i+1#创建1个牧羊犬  else:
  PoliceDog(i+1#创建1个警犬 #2. 开始游戏循环 while(True):
 #判断是否只有1个Dog  if(len(Dog.dogs) == 1):
  winner = Dog.dogs[0]
  print('')
  print('大吉大利,今晚吃鸡!')
  print(f'赢家是:{winner.dog_type()} {winner.name}')
  print('')
  break  dog1, dog2 = random.sample(Dog.dogs, 2)
 dog1.attack(dog2)
 dog2.attack(dog1)
 time.sleep(0.02)

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