Python 面向对象——5.多态

本章学习链接如下：

1.基本概念

多态是面向对象编程（OOP）的一个核心概念，指的是不同类的对象可以通过同一接口（即相同的方法或属性）执行不同的操作。

Python 的内置函数 len() 是多态性的一个非常好的例子。len() 函数能够接受不同类型的参数，比如列表、字符串、元组、字典等，并返回这些数据结构的长度。尽管这些数据类型在内部结构上可能完全不同，len() 仍然可以处理它们，因为它们共享一个公共接口，即它们都是可迭代的，并且实现了返回集合大小的内部方法。

比如如下代码：

len() 函数分别用于字符串、列表和字典。尽管这些类型在内部数据的存储和处理方式上有所不同，len() 函数都能够返回正确的长度，这表明 len() 函数展示了多态行为。

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# 对字符串使用 len()
print(len("Hello"))  # 输出: 5

# 对列表使用 len()
print(len([1, 2, 3, 4]))  # 输出: 4

# 对字典使用 len()
print(len({1: 'one', 2: 'two', 3: 'three'}))  # 输出: 3

len() 实际上调用了对象的 __len__() 方法。因此，任何想要支持 len() 函数的自定义类都应该实现一个 __len__() 方法。在下面这个代码中，BookCollection 类定义了 __len__() 方法，该方法返回集合中书籍的数量。当 len() 被调用时，它实际上调用的是 my_books.__len__()，这符合多态的概念，因为 len() 可以与任何定义了 __len__() 方法的对象一起工作，而不需要关心对象的具体类型。

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class BookCollection:
    def __init__(self, books):
        self.books = books
    
    def __len__(self):
        return len(self.books)

# 创建一个BookCollection实例
my_books = BookCollection(["Book1", "Book2", "Book3"])

# 使用len()
print(len(my_books))  # 输出: 3

2.代码示例

下面是一个使用Python实现多态的示例，其中定义了两个类：Dog和Cat，它们都继承自一个名为Animal的基类。这些类都实现了一个make_sound()方法，该方法在每个类中表现不同。

在这个示例中：

在Animal类中定义了一个名为make_sound的方法。这个方法是实例方法，因为它的第一个参数是self，它代表类的实例。make_sound方法中没有提供任何实现，而是抛出了一个NotImplementedError异常。这意味着Animal类中的make_sound方法是一个抽象方法，它要求任何继承自Animal的子类都必须实现这个方法。这是多态性的一种实现方式，允许不同的子类以不同的方式实现相同的接口。
Dog和Cat类继承了Animal类，并实现了各自版本的make_sound()方法。Dog类重写了make_sound方法，并提供了一个实现，当调用时返回字符串"Woof!"。Cat的类，它也继承自Animal类。Cat类同样重写了make_sound方法，并提供了一个实现，当调用时返回字符串"Meow!"。
animal_sound()函数接受任何Animal的实例作为参数，并调用其make_sound()方法。函数内部调用传入对象的make_sound方法，并将结果打印出来。这里利用了多态性，因为animal参数可以是任何继承自Animal类的实例，而函数并不关心传入的是哪种具体的动物。

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class Animal:
    def make_sound(self):
        raise NotImplementedError("Subclasses must implement this method")

class Dog(Animal):
    def make_sound(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def make_sound(self):
        return "Meow!"

def animal_sound(animal):#定义了一个名为animal_sound的函数，它接受一个参数animal。
    print(animal.make_sound())

# 创建Dog和Cat的实例
dog = Dog()
cat = Cat()

# 通过相同的接口调用不同的实现
animal_sound(dog)
animal_sound(cat)