面向对象基本概念：多态；附带应用例子

article/2025/8/20 9:08:56

目录

一. 多态的概念简介

二. 多态的例子一：偏好过滤器

三. 多态的例子二：审查描述符(需要元编程知识)

 四. 总结

面向对象编程(Object Oriented Programming，OOP)有三大核心概念：封装，继承，多态。前两个概念广为人知，却有很多人不清楚“多态”这个概念。下面我们就来简单谈谈多态究竟是怎么一回事。

一. 多态的概念简介

所谓多态，简单地说就是指为不同数据类型的实体提供统一的接口，而不同的类型其调用效果不同。

例如，下面的Python“动物”抽象类定义了“叫”抽象方法，这要求所有继承自动物的类必须各自实现自己的“叫”方法。依靠这种特性，当我们知道一个类型是“动物”的具体子类时，就知道它一定支持“叫”这个接口。但是，“叫”调用的结果随着具体类型的不同而不同：

from abc import ABC, abstractmethodclass 动物(ABC):@abstractmethoddef 叫(self):'''动物应当会发声'''class 狗子(动物):def 叫(self):print('汪汪汪!')
class 猫咪(动物):def 叫(self):print('喵喵喵~')x = 狗子()
y = 猫咪()lst = [1, 2, x, 3 ,y]for obj in lst:if isinstance(obj, 动物):obj.叫()

在这段代码中，我们遍历许多对象，如果对方通过了针对“动物”的实例检查，我们就知道它一定有“叫”这个方法，从而放心地进行调用。行为的不同就是多态的体现：

说白了，其实多态不就是这点事吗(*￣▽￣)~*，严谨的知识我会在最后给出。下面我们来看两个具体使用多态的例子，通过例子理解起来是最有效的。

二. 多态的例子一：偏好过滤器

比方说我在网上爬来了下面这样有关作品及其章节的数据(假设这是个很大的数据)：

datas = [{'标题': '母猪的产后护理','来源': '《念诗之王》'},{'标题': '物理人的自我修养','来源': '《大雪牲思想道德修养》'},{'标题': '全拿来糊墙了','来源': '《念诗之王》'},{'标题': '他们朝我扔粑粑','来源': '《四川芬达》'}
]

而我对《念诗之王》这部作品情有独钟，只想从数据中提取有关它的章节。那么我可以写出下面这段代码，判断来源是不是《念诗之王》，从而决定要不要收集它：

class 数据筛选器:def __init__(self, 数据):self.数据 = 数据def 筛选数据(self):结果 = []for 项目 in self.数据:if 项目['来源'] == '《念诗之王》':结果.append(项目['标题'])return 结果我的筛选器 = 数据筛选器(datas)print(我的筛选器.筛选数据())

但是，人的激情毕竟是一阵一阵的。假设我突然改为喜欢《大雪牲思想道德修养》 这部作品了，只想收集有关它的标题，那就必须硬编码修改程序：

class 数据筛选器:def __init__(self, 数据):self.数据 = 数据def 筛选数据(self):结果 = []for 项目 in self.数据:if 项目['来源'] == '《大雪牲思想道德修养》':结果.append(项目['标题'])return 结果

每次需求改变，就必须硬性修改程序代码，这未免也太不好用了吧？

但如果我能把“筛选”的逻辑独立出来，给这个“数据筛选器”类新增一个“过滤器”属性，把检查逻辑委托给“过滤器”，那么就可以依赖过滤器的多态来适应各种情况。先顺着这个思路改写一下“数据筛选器”类：

class 数据筛选器:def __init__(self, 数据, 过滤器):self.数据 = 数据self.过滤器 = 过滤器def 筛选数据(self):结果 = []for 项目 in self.数据:if self.过滤器.要保留(项目):结果.append(项目['标题'])return 结果

这里，动态的筛选过程依赖过滤器“要保留”方法的多态。

然后，我们来具体实现过滤器，下面是完整代码清单：

from abc import ABC, abstractmethoddatas = [{'标题': '母猪的产后护理','来源': '《念诗之王》'},{'标题': '物理人的自我修养','来源': '《大雪牲思想道德修养》'},{'标题': '全拿来糊墙了','来源': '《念诗之王》'},{'标题': '他们朝我扔粑粑','来源': '《四川芬达》'}
]
# "基过滤器"是抽象基类，它的"要保留"方法依赖
# 它的抽象方法"获取保留值"
class 基过滤器(ABC): 
# 这个方法定义为抽象方法，强制要求子类必须实现@abstractmethoddef 获取保留值(self): '''子类必须声明具体保留值'''def 要保留(self, 项目): if 项目['来源'] in self.获取保留值():return Truereturn False
# 这个子类过滤器具体实现了抽象方法
class 念诗之王过滤器(基过滤器): def 获取保留值(self):return ['《念诗之王》']class 数据筛选器:def __init__(self, 数据, 过滤器):self.数据 = 数据self.过滤器 = 过滤器def 筛选数据(self):结果 = []for 项目 in self.数据:if self.过滤器.要保留(项目):结果.append(项目['标题'])return 结果# 传入子类过滤器的实例，利用它的多态性完成筛选
念诗之王筛选器 = 数据筛选器(datas, 念诗之王过滤器()) print(念诗之王筛选器.筛选数据())

像这样依赖对象的多态性实现的方案具有很强的可扩展性。例如，假设我突然想要获取《念诗之王》和《四川芬达》这两部作品的标题，只要像下面这样：

class 四川之王过滤器(基过滤器):def 获取保留值(self):return ['《念诗之王》', '《四川芬达》']四川之王筛选器 = 数据筛选器(datas, 四川之王过滤器())print(四川之王筛选器.筛选数据())

这是第一个例子。下面我们再看一个例子， 依赖子类型的多态来实现拒绝非法数据。

三. 多态的例子二：审查描述符(需要元编程知识)

在Python中，使用“三思而后行”策略编程是容易碰壁的，因为Python超强的动态特性使得全面排查非法输入繁琐而困难。要是这些审查逻辑还不能复用，那就太折磨人了！

幸好，属性描述符这个高级特性非常适合用来审查输入。下面我们直接看基类的逻辑：

from abc import ABC, abstractmethod
# 这是一个抽象基类描述符
class 审判者(ABC):
# 前两个方法都是标准实现def __set_name__(self, owner, name):self.name = namedef __get__(self, instance, name):return instance.__dict__[self.name]
# 它的设置值逻辑依赖这个抽象方法，子类必须实现。@abstractmethoddef 审判(self, value):'''审查值,如果不通过就抛出异常。'''
# 如果审判不通过就报错，让设置值无法成功。
# 如果不报错，那就能顺利设置值。def __set__(self, instance, value):self.审判(value)instance.__dict__[self.name] = value

假设我正在编写一个Person类，它需要身高和体重两个参数，这两个参数都必须是正数。那我就可以定义一个“正数审查员”具体子类：

class 正数审查员(审判者):def 审判(self, value):if not isinstance(value, (float, int)) or isinstance(value, bool):raise TypeError(f'{self.name}属性必须是正数,不能是{value.__class__.__name__}类型')if value <= 0:raise ValueError(f'{self.name}属性必须是正数,不能是{value!r}')

然后，在Person类中使用它，就可以利用“审判”的多态来拒绝非正数输入：

class Person:height = 正数审查员()weight = 正数审查员()def __init__(self, height, weight):self.height = heightself.weight = weight

传入合法参数，实例成功创建：

Person(170, 50)

传入非法参数，拒绝创建实例：

Person(-170, -50)

 以及：

Person(True, -50)

完整代码清单：

from abc import ABC, abstractmethodclass 审判者(ABC):def __set_name__(self, owner, name):self.name = namedef __get__(self, instance, name):return instance.__dict__[self.name]@abstractmethoddef 审判(self, value):'''审查值,如果不通过就抛出异常。'''def __set__(self, instance, value):self.审判(value)instance.__dict__[self.name] = value
class 正数审查员(审判者):def 审判(self, value):if not isinstance(value, (float, int)) or isinstance(value, bool):raise TypeError(f'{self.name}属性必须是正数,不能是{value.__class__.__name__}类型')if value <= 0:raise ValueError(f'{self.name}属性必须是正数,不能是{value!r}')class Person:height = 正数审查员()weight = 正数审查员()def __init__(self, height, weight):self.height = heightself.weight = weightPerson(170, 50)

 四. 总结

我本来想写更多更细的，但是突然感觉写不动了QAQ。下面来总结一下多态的知识吧。

多态（Polymorphism）是面向对象编程（OOP）的核心特性之一，其核心思想是“同一接口，多种实现”。通过多态，不同的对象对同一操作可以表现出不同的行为，从而提升代码的灵活性和可扩展性。

多态的优点：

  1. 灵活性：
    • 同一接口适用于不同对象，无需为每种类型编写独立代码。
    • 例如：统一调用 animal.sound()，无论 animal 是 Dog、Cat 还是其他动物。
  2. 可扩展性：
    • 新增子类时无需修改现有代码，只需遵循接口规范。
    • 例如：新增 Bird 类并实现 sound()，无需改动调用方。
  3. 代码复用：
    • 通过继承和接口抽象，减少重复代码，提高开发效率。

实现条件：

  1. 继承关系：多态通常基于类的继承或接口的实现。
  2. 方法重写：子类必须重写父类的方法（或实现接口方法）。
  3. 引用传递：父类引用（或接口引用）指向子类对象。


http://www.hkcw.cn/article/YdJdauFdRT.shtml

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