Python类继承实现代码重用和抽象化

一、类继承的概念

类是Python中最标准的面向对象编程模式。在Python中，可以使用类继承的方式来实现代码的重用和抽象化，让类之间形成父子关系，通过子类从父类继承属性和方法，可以大大简化代码的编写和管理，在代码维护和升级方面具备很大的优势。

类继承指的是在一个已有的类（父类）的基础上，定义出一个新的类（子类），使得子类拥有父类的所有属性和方法，同时也可以添加自己的属性和方法，但是不会影响到父类的结构和功能。

<!-- 父类 -->
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def run(self):
        print(self.name + "正在奔跑...")

<!-- 子类 -->
class Dog(Animal):
    def bark(self):
        print(self.name + "正在汪汪叫...")

dog = Dog("小狗")
dog.bark() # "小狗正在汪汪叫..."
dog.run() # "小狗正在奔跑..."

以上代码中定义了两个类——Animal（动物）和Dog（狗），Dog是Animal的子类，它继承了Animal类的方法和属性。当实例化Dog类的对象时，可以调用Dog类自己和它的父类的方法。

二、类继承的分类

类继承按照实现方式可以分为两类：

1. 单继承：子类只继承一个父类。
2. 多继承：子类同时继承多个父类。

在Python中支持多重继承。虽然有时候多重继承会带来不必要的麻烦，但是它也为我们实现程序的复用、抽象化和模块化提供了新的思路。

下面是一个多重继承的示例：

<!-- 第一个父类 -->
class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def run(self):
        print(self.name + "正在奔跑...")

<!-- 第二个父类 -->
class Swiming:
    def swim(self):
        print(self.name + "正在游泳...")

<!-- 子类 -->
class Duck(Animal, Swiming):
    pass

duck = Duck("小鸭")
duck.run() # "小鸭正在奔跑..."
duck.swim() # "小鸭正在游泳..."

以上示例中，Duck类同时继承了Animal类和Swiming类，所以Duck类实例化的对象拥有了两个父类的属性和方法。

三、类继承的高级用法

面向对象编程还有一些高级的用法，比如方法重写、继承顺序、抽象类等，这些技巧可以让我们更好地应用类继承实现代码的重用和抽象化。

1、方法重写

当子类需要修改父类中的某个方法时，可以使用方法重写（Override）的方式。

<!-- 父类 -->
class Person:
    def say_hello(self):
        print("你好！")

<!-- 子类 -->
class Chinese(Person):
    def say_hello(self):
        print("你好，我是中国人！")

class English(Person):
    pass

chinese = Chinese()
chinese.say_hello() # "你好，我是中国人！"

english = English()
english.say_hello() # "你好！"

在以上示例中，Chinese类重写了Person类的say_hello方法，所以调用对象的say_hello方法时输出的是子类的方法，而English类没有重写该方法，所以调用对象的say_hello方法时输出的是父类的方法。

2、继承顺序

在子类继承多个父类时，Python会按照一定的搜索顺序来查找父类中的方法和属性。

搜索顺序如下：

1. 自下而上，自左而右，遇到第一个匹配就停止搜索。
2. 如果两个父类继承同一个父类，则优先选择前面的父类。

<!-- 第一个父类 -->
class A():
    def foo(self):
        print('A')

<!-- 第二个父类 -->
class B():
    def foo(self):
        print('B')

<!-- 子类 -->
class C(A, B):
    pass

c = C()
c.foo() # 输出A

可以看到，当子类没有重写父类的方法时，Python会按照搜索顺序使用先继承的父类的方法。

3、抽象类

抽象类是一个特殊的类，它不能被实例化，只能被继承。抽象类定义了一个抽象接口，子类必须实现该接口中的所有方法才能够被实例化。

在Python中，可以使用abc模块来定义抽象类。

import abc

<!-- 抽象类 -->
class Shape(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod
    def area(self):
        pass

<!-- 子类 -->
class Rectangle(Shape):
    def area(self):
        return self.width * self.height

rec = Rectangle()
rec.width = 5
rec.height = 7
print("面积：", rec.area())

以上示例中，Shape类是一个抽象类，它定义了一个抽象方法area。Rectangle类继承了Shape类，并重写了area方法，所以它可以被实例化。

四、总结

类继承是Python中最基本也最常用的面向对象编程特性之一，它可以实现代码的重用和抽象化，使得代码更加易读、易维护和易拓展。在编写程序时，我们应该合理地应用类继承，通过多态等高级的技巧来设计出优雅、简洁、可扩展的程序。