多态(Polymorphism),是OOP的一个重要概念。不少学习或使用 Python 的人,特别也曾经了解过 Java 的,就会对 Python 中的多态有不同的解读。为了避免人微言轻,在本节将引述一名权威对 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 ,对上述代码理解可能不是很顺畅,这不重要,只要能理解大概意思即可。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。”