多態(tài)和封裝

前面講過的“繼承”，是類的一個(gè)重要特征，在編程中用途很多。這里要說兩個(gè)在理解和實(shí)踐上有爭議的話題：多態(tài)和封裝。所謂爭議，多來自于對同一個(gè)現(xiàn)象不同角度的理解，特別是有不少經(jīng)驗(yàn)豐富的程序員，還從其它語言的角度來詮釋 Python 的多態(tài)等。

多態(tài)

在網(wǎng)上搜索一下，發(fā)現(xiàn)對 Python 的多態(tài)問題，的確是仁者見仁智者見智。

作為一個(gè)初學(xué)者，不一定要也沒有必要、或者還沒有能力參與這種討論。但是，應(yīng)該理解 Python 中關(guān)于多態(tài)的基本體現(xiàn)，也要對多態(tài)有一個(gè)基本的理解。

>>> "This is a book".count("s")
2
>>> [1,2,4,3,5,3].count(3)
2

上面的 count() 的作用是數(shù)一數(shù)某個(gè)元素在對象中出現(xiàn)的次數(shù)。從例子中可以看出，我們并沒有限定 count 的參數(shù)。類似的例子還有：

>>> f = lambda x,y:x+y

還記得這個(gè) lambda 函數(shù)嗎？如果忘記了，請復(fù)習(xí)函數(shù)(4)中對此的解釋。

>>> f(2,3)
5
>>> f("qiw","sir")
'qiwsir'
>>> f(["python","java"],["c++","lisp"])
['python', 'java', 'c++', 'lisp']

在那個(gè) lambda 函數(shù)中，我們沒有限制參數(shù)的類型，也一定不能限制，因?yàn)槿绻拗屏?，就不?Pythonic 了。在使用的時(shí)候，可以給參數(shù)任意類型，都能到的不報(bào)錯(cuò)的結(jié)果。當(dāng)然，這樣做之所以合法，更多的是來自于 + 的功能強(qiáng)悍。

以上，就體現(xiàn)了“多態(tài)”。當(dāng)然，也有人就此提出了反對意見，因?yàn)楸举|(zhì)上是在參數(shù)傳入值之前，Python 并沒有確定參數(shù)的類型，只能讓數(shù)據(jù)進(jìn)入函數(shù)之后再處理，能處理則罷，不能處理就報(bào)錯(cuò)。例如：

>>> f("qiw", 2)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 1, in <lambda>
TypeError: cannot concatenate 'str' and 'int' objects

本教程由于不屬于這種概念爭論范疇，所以不進(jìn)行這方面的深入探索，僅僅是告訴各位讀者相關(guān)信息。并且，本教程也是按照“人云亦云”的原則，既然大多數(shù)程序員都在討論多態(tài)，那么我們就按照大多數(shù)人說的去介紹（盡管有時(shí)候真理掌握在少數(shù)人手中）。

“多態(tài)”，英文是:Polymorphism，在臺(tái)灣被稱作“多型”。維基百科中對此有詳細(xì)解釋說明。

多型（英語：Polymorphism），是指物件導(dǎo)向程式執(zhí)行時(shí)，相同的訊息可能會(huì)送給多個(gè)不同的類別之物件，而系統(tǒng)可依劇物件所屬類別，引發(fā)對應(yīng)類別的方法，而有不同的行為。簡單來說，所謂多型意指相同的訊息給予不同的物件會(huì)引發(fā)不同的動(dòng)作稱之。

再簡化的說法就是“有多種形式”，就算不知道變量（參數(shù)）所引用的對象類型，也一樣能進(jìn)行操作，來者不拒。比如上面顯示的例子。在 Python 中，更為 Pthonic 的做法是根本就不進(jìn)行類型檢驗(yàn)。

例如著名的 repr() 函數(shù)，它能夠針對輸入的任何對象返回一個(gè)字符串。這就是多態(tài)的代表之一。

>>> repr([1,2,3])
'[1, 2, 3]'
>>> repr(1)
'1'
>>> repr({"lang":"python"})
"{'lang': 'Python'}"

使用它寫一個(gè)小函數(shù)，還是作為多態(tài)代表的。

>>> def length(x):
...     print "The length of", repr(x), "is", len(x)
... 

>>> length("how are you")
The length of 'how are you' is 11
>>> length([1,2,3])
The length of [1, 2, 3] is 3
>>> length({"lang":"python","book":"itdiffer.com"})
The length of {'lang': 'python', 'book': 'itdiffer.com'} is 2

不過，多態(tài)也不是萬能的，如果這樣做：

>>> length(7)
The length of 7 is
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 2, in length
TypeError: object of type 'int' has no len()

報(bào)錯(cuò)了?？村e(cuò)誤提示，明確告訴了我們 object of type 'int' has no len()。

在諸多介紹多態(tài)的文章中，都會(huì)有這樣關(guān)于貓和狗的例子。這里也將代碼貼出來，讀者去體會(huì)所謂多態(tài)體現(xiàn)。其實(shí)，如果你進(jìn)入了 Python 的語境，有時(shí)候是不經(jīng)意就已經(jīng)在應(yīng)用多態(tài)特性呢。

#!/usr/bin/env Python
# coding=utf-8

"the code is from: http://zetcode.com/lang/python/oop/"

__metaclass__ = type

class Animal:
    def __init__(self, name=""):
        self.name = name

    def talk(self):
        pass

class Cat(Animal):
    def talk(self):
        print "Meow!"

class Dog(Animal):
    def talk(self):
        print "Woof!"

a = Animal()
a.talk()

c = Cat("Missy")
c.talk()

d = Dog("Rocky")
d.talk()

保存后運(yùn)行之：

$ python 21101.py 
Meow!
Woof!

代碼中有 Cat 和 Dog 兩個(gè)類，都繼承了類 Animal，它們都有 talk() 方法，輸入不同的動(dòng)物名稱，會(huì)得出相應(yīng)的結(jié)果。

關(guān)于多態(tài)，有一個(gè)被稱作“鴨子類型”(duck typeing)的東西，其含義在維基百科中被表述為：

在程序設(shè)計(jì)中，鴨子類型（英語：duck typing）是動(dòng)態(tài)類型的一種風(fēng)格。在這種風(fēng)格中，一個(gè)對象有效的語義，不是由繼承自特定的類或?qū)崿F(xiàn)特定的接口，而是由當(dāng)前方法和屬性的集合決定。這個(gè)概念的名字來源于由 James Whitcomb Riley 提出的鴨子測試（見下面的“歷史”章節(jié)），“鴨子測試”可以這樣表述：“當(dāng)看到一只鳥走起來像鴨子、游泳起來像鴨子、叫起來也像鴨子，那么這只鳥就可以被稱為鴨子。”

對于鴨子類型，也是有爭議的。這方面的詳細(xì)信息，讀者可以去看有關(guān)維基百科的介紹。

對于多態(tài)問題，最后還要告誡讀者，類型檢查是毀掉多態(tài)的利器，比如 type、isinstance 以及 isubclass 函數(shù)，所以，一定要慎用這些類型檢查函數(shù)。

封裝和私有化

在正式介紹封裝之前，先扯個(gè)笑話。

某軟件公司老板，號(hào)稱自己懂技術(shù)。一次有一個(gè)項(xiàng)目要交付給客戶，但是他有不想讓客戶知道實(shí)現(xiàn)某些功能的代碼，但是交付的時(shí)候要給人家代碼的。于是該老板就告訴程序員，“你們把那部分核心代碼封裝一下”。程序員聽了之后，迷茫了。

不知道你有沒有笑。

“封裝”，是不是把代碼寫到某個(gè)東西里面，“人”在編輯器中打開，就看不到了呢？除非是你的顯示器壞了。

在程序設(shè)計(jì)中，封裝(Encapsulation)是對 object 的一種抽象，即將某些部分隱藏起來，在程序外部看不到，即無法調(diào)用（不是人用眼睛看不到那個(gè)代碼，除非用某種加密或者混淆方法，造成現(xiàn)實(shí)上的困難，但這不是封裝）。

要了解封裝，離不開“私有化”，就是將類或者函數(shù)中的某些屬性限制在某個(gè)區(qū)域之內(nèi)，外部無法調(diào)用。

Python 中私有化的方法也比較簡單，就是在準(zhǔn)備私有化的屬性（包括方法、數(shù)據(jù)）名字前面加雙下劃線。例如：

#!/usr/bin/env Python
# coding=utf-8

__metaclass__ = type

class ProtectMe:
    def __init__(self):
        self.me = "qiwsir"
        self.__name = "kivi"

    def __python(self):
        print "I love Python."

    def code(self):
        print "Which language do you like?"
        self.__python()

if __name__ == "__main__":
    p = ProtectMe()
    print p.me
    print p.__name

運(yùn)行一下，看看效果：

$ python 21102.py
qiwsir
Traceback (most recent call last):
  File "21102.py", line 21, in <module>
    print p.__name
AttributeError: 'ProtectMe' object has no attribute '__name'

查看報(bào)錯(cuò)信息，告訴我們沒有__name 那個(gè)屬性。果然隱藏了，在類的外面無法調(diào)用。再試試那個(gè)函數(shù)，可否？

if __name__ == "__main__":
    p = ProtectMe()
    p.code()
    p.__python()

修改這部分即可。其中 p.code() 的意圖是要打印出兩句話："Which language do you like?"和"I love Python."，code() 方法和__python() 方法在同一個(gè)類中，可以調(diào)用之。后面的那個(gè) p.__Python() 試圖調(diào)用那個(gè)私有方法。看看效果：

$ python 21102.py 
Which language do you like?
I love Python.
Traceback (most recent call last):
  File "21102.py", line 23, in <module>
    p.__python()
AttributeError: 'ProtectMe' object has no attribute '__python'

如愿以償。該調(diào)用的調(diào)用了，該隱藏的隱藏了。

用上面的方法，的確做到了封裝。但是，我如果要調(diào)用那些私有屬性，怎么辦？

可以使用 property 函數(shù)。

#!/usr/bin/env Python
# coding=utf-8

__metaclass__ = type

class ProtectMe:
    def __init__(self):
        self.me = "qiwsir"
        self.__name = "kivi"

    @property
    def name(self):
        return self.__name

if __name__ == "__main__":
    p = ProtectMe()
    print p.name

運(yùn)行結(jié)果：

$ python 21102.py 
kivi

從上面可以看出，用了 @property 之后，在調(diào)用那個(gè)方法的時(shí)候，用的是 p.name 的形式，就好像在調(diào)用一個(gè)屬性一樣，跟前面 p.me 的格式相同。

看來，封裝的確不是讓“人看不見”。

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