Python 中的多态

本文节选自《Python大学实用教程》（电子工业出版社），并做了适当增补。

多态（polymorphism），是OOP的一个重要概念。不少学习或使用 Python 的人，特别他们曾经了解过 Java 之后，对 Python 中的多态往往有不同的解读。为了避免因人微言轻，在本节将更多地引述一名权威对 Python 语言的多态的阐述，这位大神就是《Thinking in Java》的作者 Bruce Eckel ——将 Java 奉为圭皋的特别注意，这位可真是大神，如果学习 Java 而没有阅读他的书，借用 Java 界的朋友所说，“那就不算学过 Java”。

Bruce Eckel 在2003年5月2日发表了一篇题为《Strong Typing vs. Strong Testing》（https://docs.google.com/document/d/1aXs1tpwzPjW9MdsG5dI7clNFyYayFBkcXwRDo- qvbIk/preview）的博客，将 Java 和 Python 的多态特征进行了比较。

先来欣赏 Bruce Eckel 在文章中所撰写的一段说明多态的 Java 代码：

// Speaking pets in Java:
interface Pet {
    void speak();
 }
 
class Cat implements Pet {
    public void speak() { System.out.println("meow!"); }
 }
 
class Dog implements Pet {
    public void speak() { System.out.println("woof!"); }
 }
 
public class PetSpeak {
    static void command(Pet p) { p.speak(); }

    public static void main(String[] args) {
        Pet[] pets = { new Cat(), new Dog() };
        for(int i = 0; i < pets.length; i++)
            command(pets[i]);
    }
}

如果读者没有学习过 Java ，那么对上述代码理解可能不是很顺畅，不过这不重要，主要观察command(Pet p) ，这种写法意味着 command() 所能接受的参数类型必须是 Pet 类型，其他类型不行。所以，必须创建 interface Pet 这个接口并且让类 Cat 和 Dog 继承它，然后才能用于 command() 方法（原文：I must create a hierarchy of Pet, and inherit Dog and Cat so that I can upcast them to the generic command() method）。

然后，Bruce Eckel 又写了一段实现上述功能的 Python 代码：

# Speaking pets in Python:
class Pet:
    def speak(self): pass
 
class Cat(Pet):
    def speak(self):
        print "meow!"
 
class Dog(Pet):
    def speak(self):
        print "woof!"
 
def command(pet):
    pet.speak()
 
pets = [ Cat(), Dog() ]
 
for pet in pets:
    command(pet)

在这段 Python 代码中的 command() 函数，其参数 pet 并没有要求必须是前面定义的 Pet类型（注意区分大小写），仅仅是一个名字为 pet 的形参，用其他名称亦可。Python 不关心引用的对象是什么类型，只要该对象有 speak() 方法即可。提醒读者注意的是，因为历史原因（2003年），Bruce Eckel 当时写的是针对 Python 2 的旧式类，不过适当修改之后在 Python 3 下也能“跑”，例如将 print "meow!" 修改为 print("meow!") 。

根据已经学习过的知识，不难发现，上面代码中的类 Pet 其实是多余的。是的，Bruce Eckel 也这么认为，只是因为此代码是完全模仿 Java 程序而写的。随后，Bruce Eckel 就根据 Python 语言的特性对代码进行了优化。

# Speaking pets in Python, but without base classes:
class Cat:
    def speak(self):
        print "meow!"
 
class Dog:
    def speak(self):
        print "woof!"
 
class Bob:
    def bow(self):
        print "thank you, thank you!"
    def speak(self):
        print "hello, welcome to the neighborhood!"
    def drive(self):
        print "beep, beep!"
 
def command(pet):
    pet.speak()
 
pets = [ Cat(), Dog(), Bob() ]
 
for pet in pets:
    command(pet)

去掉了多余的类 Pet ，增加了一个新的对象类 Bob ——人类，这个类根本不是 Cat 和 Dog 那样的类型，只是它碰巧也有一个名字为 speak() 的方法罢了。但是，也依然能够在 command() 函数中被调用。

这就是Python中的多态特点，大师 Brue Eckel 通过非常有说服力的代码阐述了 Java 和 Python 的区别，并充分展示了 Python 中的多态特征。

诚如前面所述，Python 不检查传入对象的类型，这种方式被称为“隐式类型”（Laten Typing）或者“结构式类型”（Structural Typing），也被通俗地称为“鸭子类型”（Duck Typeing）。其含义在《维基百科》中被表述为：

在程序设计中，鸭子类型（Duck Typing）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决定，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，叫起来也像鸭子时，那么这只鸟就可以被称为鸭子。”

鸭子类型就意味着可以向任何对象发送任何消息，只关心该对象能否接收该消息，不强求该对象是否为某一种特定的类型。这种特征其实在前面函数部分就已经有所体现了。

>>> lam = lambda x, y: x + y
>>> lam(2, 3)
5
>>> lam('python', 'book')
'pythonbook'

对于 Python 的这种特征，有一批程序员不接受，他们认为在程序被执行的时候，可能收到错误的对象，而且这种错误还可能潜伏在程序的某个角落。

对于此类争论，大师 Brue Eckel 在上面所提到的博客中，给出了非常明确的回答。下面将原文恭录于此（注：读者如果阅读有困难，可以借用有关工具。之所以不翻译，是避免因个人才疏学浅而导致误传。）：

Strong testing, not strong typing.

So this, I assert, is an aspect of why Python works. C++ tests happen at compile time (with a few minor special cases). Some Java tests happen at compile time (syntax checking), and some happen at run time (array-bounds checking, for example). Most Python tests happen at runtime rather than at compile time, but they do happen, and that's the important thing (not when). And because I can get a Python program up and running in far less time than it takes you to write the equivalent C++/Java/C# program, I can start running the real tests sooner: unit tests, tests of my hypothesis, tests of alternate approaches, etc. And if a Python program has adequate unit tests, it can be as robust as a C++, Java or C# program with adequate unit tests (although the tests in Python will be faster to write).

读完大师的话，犹如醍醐灌顶，豁然开朗，再也不去参与那些浪费口舌的争论了。

对于多态问题，最后还要告诫读者，类型检查是毁掉多态的利器，如 type() 、isinstance() 及isubclass() 这些检查类型的函数，一定要慎用。

★自学建议 本来编程语言是用来解决问题的工具，没有高低贵贱之分。但是，由于用工具的人，时间长了会对自己常用的东西有感情，再加上其他因素，就导致了对编程语言的价值判断。比如，有这样一条编程语言鄙视链（大于号右边的是被左边所鄙视的对象）：C > C++ > Java > Python > PHP > HTML 。如果根据学习的难度可以创建一条鄙视链，那么历史上曾经用0、1二进制编码的老前辈是不是也在天上鄙视晚辈后生们呢？ 作为本书读者和志存高远的自学者，不论以哪一种编程语言作为自己开始学习的对象，都要充分理解并应用该语言的特性，而不是用其他语言的特征对某语言进行“点评”。在实际的项目中，我们会根据实际情况，选用不同的编程语言，不是根据当事人会什么语言或者喜好什么语言。 ”