本書同名免費MOOC《Python編程基礎及應用》在嗶哩嗶哩(B站)熱播，作者帶著你學。

版權聲明：本文內容引用自作者的圖書《Python編程基礎及應用》(高等教育出版社)。本文可以在互聯網上轉載傳播，但必須包含文中的版權聲明；本文不可以以紙質出版為目的進行摘抄或改編。

9.8 多態、抽象類

多態(polymorphism)是面向對象程序設計的一個重要概念，源自希臘語，意即“有多種形態”。對于程序設計而言，大致可以理解為：即使你不知道變量指向哪種形態，也能夠對其執行操作，而且操作的行為將隨對象的類型不同而不同。

對于Python程序員而言，可以不關心這個概念。因為在Python語言中，默認就是多態的。也就是說，對象被執行某個函數的時候，他的行為跟你想的多半是一樣的。但作者認為，讀者還是應該了解這個概念并理解其在程序設計中的重要性。

想象一個Word類軟件，WPS或者Open Office之類，在文檔中，用戶會加入非常多的界面元素，包括但不限于：三角形、箭頭、段落、圓形、矩形、藝術字、圖片。對，就跟你想的一樣，在面向對象程序設計中，這些元素都會使用類來描述，并且，設計者一定會為這些界面元素提供一個統一的父類。作者把這個類結構簡化成下圖的模樣，讀者要明白真實的情況比這個要復雜得多，但基本結構大體如此。

可以看到，所有的界面元素，三角形、圓形、... 、 文本段落(paragraph)，被描述成擁有一個共同的祖先類-Shape。這個祖先類可以是抽象類，這意味著系統不允許你創建Shape類的對象，具體的稍后描述。抽象類什么具體的工作也不做，只是描述了他的全部后代的模樣：至少實現draw()-描繪自身以及getSize()-返回元素在頁面中的空間尺寸信息這兩個方法。這種描述是強制性的，它的后代必須實現這兩個方法或函數。

Triangle類用三個點坐標來描述自己的屬性，除了實現必須的draw()和getSize()方法外，還實現了一個getArea()方法以計算自身所占面積。

Circle類則用一個圓點坐標以及一個半徑來描述自己，也實現了額外的getArea()函數。

文本段落(Paragraph)類則用一個字符串sContent來存儲其文本內容，另外，還額外實現了setFont()函數來設置文本的字體和字體大小。

作者把這4個類組織一個程序文件里，命名Shapes.py。首先，我們定義抽象基類Shape。

#Shapes.pyfrom abc import ABC, abstractmethodclass Shape(ABC): @abstractmethod def draw(self): pass @abstractmethod def getSize(self): pass

首先，我們從abc模塊導入了ABC及abstractmethod。abc的意思作者猜應該是abstract base class - 抽象基類的首字母縮寫。Shape被描述成ABC的子類，draw()函數以及getSize()函數都打上了@abstractmethod裝飾符，這說明這兩個函數為抽象函數。這種情況下，系統是不允許創建一個Shape對象的。這個抽象類存在的唯一意義就是規定了它的后代類的某些特征：必須實現 draw()及getSize()方法。

如果嘗試實例化Shape, 比如s = Shape()，就會得到下述錯誤信息：

Traceback (most recent call last): File "D:/pylearn/C9_OOP/Shapes.py", line 11, in s = Shape()TypeError: Can't instantiate abstract class Shape with abstract methods draw, getSize

當且僅當Shape的某個后代類定義實現了Shape的全部抽象函數，該類才可以被實例化 - 即允許創建該類型的對象。下面是Triangle類、Circle類、Paragraph類的極簡版本代碼，注意，連同Shape類，這4個類都在同一個py文件中。

#Shapes.py...class Triangle(Shape): def __init__(self): self.point0 = (0,0) self.point1 = (0,0) self.point2 = (0,0) def draw(self): print("Triangle::draw") def getSize(self): pass #detail omitted def getArea(self): return 0 #it should be w * h / 2#Shapes.py...class Circle(Shape): def __init__(self): self.ptCenter = (0,0) self.iRadius = 0 def draw(self): print("Circle::draw") def getSize(self): pass def getArea(self): return 0#Shapes.py...class Paragraph(Shape): def __init__(self): self.sContent = "" def draw(self): print("Paragraph::draw") def getSize(self): pass def setFont(self,fontName,fontSize): pass

這三個類都實現了Shape抽象基類的全部抽象方法，都不再“抽象”，可以實例化。另外，我們還注意到這三個類的構造函數里都沒有調用執行Shape類的構造函數，這里這樣做是可以的，因為Shape類沒有自定義構造函數，或者說Shape類的構造函數什么也沒做。

讓我們把關注點放在這三個類的draw()函數上。Office類軟件會用文檔來組織這些界面元素，在這里我們把這些界面元素想像成一個列表，在這個列表里包含了很多個三角形、矩形、段落、圖片、藝術字、公式、圖表對象，這些對象都是Shape類的子對象，都實現了draw()方法。

當一個頁面被顯示出來時，軟件會遍歷這個列表，然后逐一調用列表內Shape子對象的draw()方法，以便把每個界面元素畫出來。對，你聽得沒錯，就是每個對象自己畫自己。因為三角形類了解三角形的數據表達形式，掌握描繪一個三角形的全部信息，由這個類的draw()來承擔這個職責再合適不過了。圓形、段落這些類也是類似情況。我們設想一下，假設在頁面上描繪三角形的任務不是由三角形類來完成，而是由外部代碼來完成，那么外部代碼就必須清楚并訪問三角形對象內部的全部細節，如果這件事情真的發生的話，對于軟件工程而言是災難性的：外部代碼知道太多關于三角形內部實現的細節！ 內部實現的細節變成了接口的一部分！ 三角形類接口不再簡潔明了！ 以后你如果想修改三角形的內部數據結構，這幾乎不可能，因為外部代碼也要跟著改，涉及的外部程序和修改點可能太多 --- 這種復雜的情況，我們稱之為緊耦合 - tight coupling。而程序的松散耦合 - loose coupling，才是我們的目標。

#Shapes.py...t1 = Triangle()t2 = Triangle()c1 = Circle()c2 = Circle()p1 = Paragraph()#doc模擬一個文檔，將界面元素組織在列表中doc = [p1,c2,t2,c1,t1]#遍歷全部界面元素，將它們全部畫出來def renderDocument(doc): for x in doc: x.draw()renderDocument(doc)

執行結果

Paragraph::drawCircle::drawTriangle::drawCircle::drawTriangle::draw

在這段代碼里，我們創建了兩個三角形，兩個圓形，一個段落 ，然后把它們放入一個列表中，這個列表就是一個文檔的簡化表達形式。renderDocument()函數遍歷這個列表，逐一執行其元素的draw()方法。我們看到，renderDocument()函數并不清楚變量x的具體類型，它只認為x是一個Shape，實現了draw()方法，至于x到底是三角形、圓形或者別的什么界面元素，完全不關心。但是，我們發現，x是什么類型，就會執行什么類型的對應的draw()函數，并打印出對應的文字。這就是多態，這些變量類型未知，但自動展現出與類型對應的恰當行為。

作為初學者的你，看見這個覺得平淡無奇： 這不就是我想像的樣子么！ 是的，這正好說明Python語言的設計目標達到了，它幾乎總是按你的設想來工作。但這樣做是有代價的，代價之一就是執行效率低。在C++這種講究效率的語言里，為了追求效率，多態不是默認的。

本節展示的類結構為程序的擴展提供了無限的可能及便利。如果Office軟件試圖建立一種全新的界面元素，比如某種直方圖圖表，軟件設計者所要做的，就是繼承Shape類并設計一個新的類，然后在新的類里實現全部抽象函數。然后，上述renderDocument()函數一個字符都不用修改，即可以擁抱新的界面元素的加入所帶來的變化，以不變應萬變！

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python shape函数_Python中的多态及抽象类的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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