Python趣味入门14:类的继承

小牛叔带你轻松飞越Python类的门槛

1. 大话继承

继承最好的示例竟然是病毒复制。类似于COVID-19病毒全球肆虐,病毒复制变异的过程就是下一代继承上一代部分特性,并发展出新特性的过程(如下图)。

病毒的变异来源于DNA(RNA)蛋白质突变

因此编程中的继承,也具有如下两个特征:

  1. 复制上一代的特性(即属性与方法)
  2. 发展出新特性(即属性与方法)

2. 层次性与复用

可以把类Class看成病毒(代码)的DNA,那么定义新的类(Class)就相当于产生了新病毒,而从类创建实例的过程,就类似于同病毒自我复制产生很多DNA相同的病毒体, 类的继承就相当于这个DNA在复制过程中产生了变异,产生了新的种类的病毒DNA或是病毒的变种的DNA的过程。

“继承”过程在程序中通常必须由程序来手工的显式声明(当然也不排除能自我复制变异的程序存在:-) ),假设我们正在给类似于王者荣耀的游戏做NPC的角色,为了重复利用角色的特性,我们可以把各种角色以层次关系进行组织,图中第个节点都是类:

游戏角色继承关系


在这样的继承关系里,所有的NPC都可以共享相同的底层逻辑:共享各种属性比如生命值,攻击能力(值是不同的但是名称相同);并且可以共享相同的行为(即方法)比如攻击,无论什么NPC攻击了就可以让对方减少生命值。

看上图的第二层,小兵继承自NPC,并且可以发展出自己的特性给下一层的Class重复使用。比如小兵可以增加“行走”这个行为(即方法),这个方法可以让小兵沿着兵线路径进行移动,无论什么兵都要共用这个行为。

3. 基本示例

下面我们就要实现上图两个类: NPC和Soldier,其关系如下图所示:

类中的各元素的继承关系

下面的代码实现上面的类的继承,先定义最基本的NPC类和Soldier类如下:

 1 class Npc:
 2 
 3     def __init__(self,name):   #初始化方法 self(方法的第1个位置参数)代表这个类的实例
 4         self.name = 'NPC' #初始名称为NPC
 5         self.life = 100   #生命值初始为100
 6         self.harm = 2     #伤害初始为2
 7 
 8     def __str__(self):    #实例转成字符串时返回的字符串值
 9         return '%s %d'%(self.name,self.life)  #返回这个类的实例时就打印名称和生命值
10 
11     def attack(self,other): #攻击使别人生命值下降,把“别人”(other)当成参数传进来
12         print(self.name,'攻击',other.name,'-%d'%self.harm)
13         other.life -= self.harm
14 
15 
16 class Soldier(Npc):
17     def __init__(self,name):
18         super().__init__(name)      #调用上层的初始化函数,使用父类的初始化代码
19         self.name = name            #士兵的名称
20     
21  

 

从Npc类的定义(参考前文介绍的类的定义)分析,明显可以看到这个类有3个属性分别是life(生命值)、harm(伤害力)和name(名称)并且有攻击行为(方法)。

继承语法:子类士兵定义时直接在类名士兵(Soldier)后使用括号即可,该类没有产生新的属性,只是使用传入的名称覆盖了原来的name属性。大家注意如下的表达式:

        super().__init__(name)          #调用上层的初始化函数,使用父类的初始化代码

 

表达式super()指的是父类的列表,这个语句就是调用父类Npc的初始化函数,这就显式地继承了NPC的3个属性:life(生命值)、harm(伤害力)和name(名称)。在其它情况下如果父类还有父类就会以MRO的顺序来排列。下面有文章是专门讲MRO的,可以参考:

4.重用父类方法

在上面Soldier类中没有定义attack(攻击)方法,而attack是定义在其父类Npc中的,那么我们可不可以直接在子类中使用呢?添加并运行如下的代码:

soldier_a = Soldier('红方兵')  #实例化士兵a
soldier_b = Soldier('蓝方兵')  #实例化士兵b
soldier_a.attack(soldier_b)   #使用了父类attack的方法
print(soldier_a,soldier_b)    #打印攻击的效果

 

上述代码在游戏当中产生了红蓝两方的士兵,并且通过初始化方法传入了名称,并且通过实例调用了attack方法,如果这个方法起作用的话,那么其中被攻击的蓝方兵应该生命值下降。把整个程序一起运行,看到如下的结果:

红方兵 攻击 蓝方兵 -2
红方兵 100 蓝方兵 98

可以看到无需要任何设置,子类可以直接使用父类的方法,但是子类必须通过重构__init()__这个函数,并且在函数中使用super()方法来,创建父类通过_init()__创建的实例属性。

5. 重构其它方法

Soldier子类完全重用了父类的attack方法,实际上也重构了父类的__init()__函数,以获得父类的属性。你作为游戏设计者,觉得这种“攻击”太普通了,想设计更酷炫的“攻击”,这就需要通过重构attack方法,来增加新的特性。

为了让读者更加了解方法的重构,我们假设“超级兵”自带“反甲”,即在受到攻击时自己受伤的同时,会让对方损失生命值。我们通过继承Soldier类来看看这个“超级兵”的attack怎么写?从NPC -> 兵 -> 超级兵 ,继承的关系如下图:

多级继承类中各元素的继承关系

继续添加并运行如下的代码:

class SuperSoldier(Soldier):
    def __init__(self,name):
        self.armHarm = 1                 #反甲伤害
        super().__init__(name)           #调用上层的初始化函数,使用父类的初始化代码
    
    def attack(self,other):
        super().attack(other)        #调用上层的攻击函数,重用父类的普通攻击行为
        if other.armHarm:
            self.life -= other.armHarm
            print(other.name, '有反甲受伤:',other.armHarm)

super_a = SuperSoldier('超级兵A')  #实例化带反甲的超级兵
super_b = SuperSoldier('超级兵B')  #实例化带反甲的超级兵
super_b.attack(super_a)           #超级B攻击A
print(super_a,super_b)   

 

上述代码给超级兵增加了反甲伤害的属性,并且重写了attack代码,运行后,结果如下:

超级兵B 攻击 超级兵A -2
超级兵A 有反甲受伤: 1
超级兵A 98 超级兵B 99

可以看出超级兵B虽然攻击了A但是自己也受了1点的伤害。通过在类中对父类定义的函数进行重构,并且结合super()函数,我们即可以重用老特性也可以为下一代增加新特性。

6. 多类继承

多类继承即有多个父类,这样就可以综合多个类的特性。 在王者里,已方战胜大龙,在我方兵线里会产生一种生物叫主宰先锋,如下所示它即有着兵的通常属性比如走路路线、生命值、攻击力,也有着龙(野怪)的喷火攻击方式。

多类继承能实现合体的效果

新建文件,复制粘贴下面全部的代码:

class Npc:

    def __init__(self,name):   #初始化方法 self(方法的第1个位置参数)代表这个类的实例
        self.name = 'NPC' #初始名称为NPC
        self.life = 100   #生命值初始为100
        self.harm = 2     #伤害初始为2

    def __str__(self):    #实例转成字符串时返回的字符串值
        return '%s %d'%(self.name,self.life)  #返回这个类的实例时就打印名称和生命值

    def attack(self,other): #攻击使别人生命值下降,把“别人”(other)当成参数传进来
        print(self.name,'攻击',other.name,'-%d'%self.harm)
        other.life -= self.harm


class Soldier(Npc):
    def __init__(self,name):
        super().__init__(name)          #调用上层的初始化函数,使用父类的初始化代码
        self.name = name            #士兵的名称
    
    def move(self):
        print(self.name,'走路','.'*20)  #用打出一个点代表移动

class Beast(Npc):
    def __init__(self,name):
        super().__init__(name)          #调用上层的初始化函数,使用父类的初始化代码
        self.name = name

    def fire(self):
        print(self.name,'喷火','*'*20)


class Pioneer(Soldier,Beast):
    def __init__(self,name):
        super().__init__(name)          #调用上层的初始化函数,使用父类的初始化代码


p = Pioneer('主宰先锋1')
print(p)
p.move()
p.fire()

 

运行之后看到运行结果:

主宰先锋1 100
主宰先锋1 走路 ....................
主宰先锋1 喷火 ********************

通过继承两个类,这个主宰先锋即有了走路的功能(只在父类Soldier中有定义),也有了喷火的功能(只在父类Beast中有定义),并且具有最原始的NPC的各种属性。

以上就是本篇类对象继承的内容,类的最核心的概念还是复用,一般高手写程序时都是从最抽象的类的开始写,把最容易共用的代码先写好,自顶向下的写程序。

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