[Python物件導向]Python繼承(Inheritance)實用教學

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今天要來介紹的Python繼承(Inheritance)在物件導向設計中非常的重要，使用得當可以提高我們程式碼的重用性(Reusable)及維護性。

繼承(Inheritance)顧名思義，就是會有父類別(或稱基底類別Base Class)及子類別(Sub Class)的階層關係。子類別會擁有父類別公開的屬性(Attribute)及方法(Method)。

所以Python繼承(Inheritance)的概念就是將各類別(Class)會共同使用的屬性(Attribute)或方法(Method)放在一個獨立的類別(Class)中，其它的類別(Class)透過繼承(Inheritance)的方式來擁有，降低程式碼的重複性。

Python繼承(Inheritance)的重要觀念如下：

• 如何使用Python繼承(Inheritance)
• 方法覆寫(Method Overriding)
• 多層繼承(Multi-Level Inheritance)
• 多重繼承(Multiple Inheritance)

一、如何使用Python繼承(Inheritance)

在實務上開發應用程式時，隨著類別(Class)的增加，可能會發現有些類別(Class)擁有共同的屬性(Attribute)或方法(Method)，如下範例：

# 汽車類別
class Car:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("drive method is called.")

    # 加速方法
    def accelerate(self):
        print("accelerate method is called.")


# 飛機類別
class Airplane:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("drive method is called.")

    # 飛行方法
    def fly(self):
        print("fly method is called.")

範例中的Car及Airplane類別(Class)皆擁有drive()方法，當其有數百行程式碼時，在應用程式中重複出現是不好的且違背DRY(Don't Repeat Yourself)原則，未來這個方法(Method)有問題或邏輯改變了，就要修改好幾個地方，難於維護。

這時候就可以使用物件導向的繼承(Inheritance)設計，將共同的屬性(Attribute)或方法(Method)定義在一個類別(Class)中，而其它類別(Class)則透過繼承(Inheritance)的方式來擁有它，如下範例：

# 交通工具(基底類別)
class Transportation:
    # 建構式
    def __init__(self):
        self.color = "white"  #顏色屬性

    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("drive method is called.")


# 汽車子類別
class Car(Transportation):
    # 加速方法
    def accelerate(self):
        print("accelerate is method called.")


# 飛機子類別
class Airplane(Transportation):
    # 飛行方法
    def fly(self):
        print("fly method is called.")

我們將Car及Airplane類別(Class)的共同方法drive()定義在一個新的Transportation類別(Class)中，並且新增一個屬性(Attribute)為color。

Transportation類別(Class)就叫父類別或基底類別(Base Class)，而Car及Airplane類別(Class)就稱為子類別(Sub Class)，在類別名稱的地方透過括號的方式來繼承(Inheritance)，藉此擁有父類別公開的屬性(Attribute)及方法(Method)，如下範例：

mazda = Car()
mazda.drive()
print(mazda.color)

執行結果

可以看到Car(子類別)的物件mazda擁有Transportation(父類別)的color屬性(Attribute)及drive()方法(Method)。

在淺談Python類別(Class)中有提到Python提供了isinstance()方法來判斷類別(Class)與物件(Object)之間的關係，而這邊Python也提供了issubclass()方法來判斷類別(Class)之間的關係，如下範例：

# Airplane是否為Transportation的子類別
print(issubclass(Airplane, Transportation))  # True

# Airplane是否為object的子類別
print(issubclass(Airplane, object))  # True

# Airplane是否為Car的子類別
print(issubclass(Airplane, Car))  # Fasle

為什麼我們會說Python的所有類別(Class)皆為物件(Object)?也就是因為Python的所有類別(Class)直接或間接的繼承(Inheritance)了物件類別(object)，所以我們可以看到第二個print()的結果為True。

二、方法覆寫(Method Overriding)

當子類別中定義了和父類別同名的方法(Method)，這時候子類別的物件(Object)呼叫這個同名方法時，其中的實作內容將會覆蓋掉父類別的同名方法，這就叫做方法覆寫(Method Overriding)，如下範例：

# 交通工具(基底類別)
class Transportation:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("Base class drive method is called.")


# 汽車子類別
class Car(Transportation):
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("Sub class drive method is called.")


mazda = Car()
mazda.drive()

執行結果

這時候如果我們想在子類別中執行父類別的方法(Method)時，則可以使用super()內建方法來達成，如下範例：

# 交通工具(基底類別)
class Transportation:
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        print("Base class drive method is called.")


# 汽車子類別
class Car(Transportation):
    # 駕駛方法
    def drive(self):
        super().drive()
        print("Sub class drive method is called.")


mazda = Car()
mazda.drive()

執行結果

從執行結果可以看到，子類別透過super()內建方法執行父類別的drive()方法(Method)後，接著執行子類別的後續實作。

三、多層繼承(Multi-Level Inheritance)

就是繼承(Inheritance)的層級超過一層以上，如下範例：

# 動物類別
class Animal:
    pass

# 鳥類類別
class Bird(Animal):
    # 飛行方法
    def fly(self):
        print("fly")

# 鴨子類別
class Duck(Bird):
    pass


duck = Duck()
duck.fly()

範例中的Bird類別(Class)繼承(Inheritance)了Animal類別(Class)，而Duck類別(Class)又再繼承(Inheritance)了Bird類別，形成了多層繼承(Multi-Level Inheritance)的關係。

各位有沒有發現問題?接著我們就可以建立鴨子物件(Object)，並且呼叫父類別的fly()方法(Method)，但是就邏輯上來說，鴨子不會飛阿~

從這邊就可以知道，雖然繼承(Inheritance)在程式碼的重用(Reusable)上非常的好，但是如果沒有適當的使用就會像此範例一樣產生邏輯上的錯誤。另外，在多層繼承(Multi-Level Inheritance)時，建議別超過兩層，否則反而會增加程式碼的複雜度及難以維護。

四、多重繼承(Multiple Inheritance)

就是子類別繼承(Inheritance)一個以上的父類別，如果沒有適當的使用同樣會產生問題，如下範例：

# 動物類別
class Animal:
    def eat(self):
        print("Animal eat method is called.")

# 鳥類類別
class Bird:
    def eat(self):
        print("Bird fly method is called.")

# 鴨子類別
class Duck(Animal, Bird):
    pass


duck = Duck()
duck.eat()

執行結果

我們知道鴨子既是動物也是鳥類，所以範例中Duck類別(Class)多重繼承(Multiple Inheritance)Animal及Bird類別(Class)，接著我們建立duck物件(Object)，並且呼叫eat()方法(Method)，為什麼是執行Animal類別的eat()方法(Method)而不是Bird類別的eat()方法(Method)呢?

因為Python編譯器在執行多重繼承(Multiple Inheritance)時，會先檢查Duck類別(Class)是否有eat()方法(Method)，以這個範例來說沒有，接著Python編譯器會尋找多重繼承(Multiple Inheritance)的第一個類別Animal是否擁有，有的話即執行，並且停止搜尋第二個類別。

如果未來有新的開發人員加入，把Duck類別(Class)的多重繼承類別(Multiple Inheritance)順序對掉，執行結果則變成如下：

這樣的情況對程式開發來說非常的危險，因為產生了不如預期的執行結果。

會發生這樣的問題就是因為多重繼承(Multiple Inheritance)的各類別(Class)有相同的方法(Method)。要避免此問題，就是各類別應各司其職，避免有相同的方法，如下範例，否則就會產生以上範例的問題。

# 動物類別
class Animal:
    def eat(self):
        print("Animal eat method is called.")

# 鳥類類別
class Bird:
    def walk(self):
        print("Bird walk method is called.")

# 鴨子類別
class Duck(Animal, Bird):
    pass


duck = Duck()
duck.eat()

從範例中可以看到，Animal和Bird類別(Class)中沒有共同的方法(Method)且有各自的行為，這時候Duck類別(Class)的多重繼承(Multiple Inheritance)就不會產生問題。

五、小結

以上就是Python物件導向的繼承(Inheritance)重要觀念教學，適當的使用會讓程式碼的重用性(Reusable)及維護性非常的好，希望看完這篇教學後，對Python繼承(Inheritance)的設計有進一步的認識。

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