11.5 多態(tài)

現(xiàn)實(shí)世界中，不同對(duì)象對(duì)同一命令的響應(yīng)方式各不相同：貓和狗都能"發(fā)出聲音"，但叫聲各異；不同支付方式都能"完成支付"，但處理邏輯不同。這種"一個(gè)接口，多種實(shí)現(xiàn)"的思想，就是多態(tài)與抽象的核心價(jià)值。

11.5.1 多態(tài)的基本概念

多態(tài)（Polymorphism）源自希臘語，意為“多種形態(tài)”。在面向?qū)ο缶幊讨�，多態(tài)指同一操作作用于不同對(duì)象時(shí)，可以產(chǎn)生不同的執(zhí)行結(jié)果。這是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的靈魂，它讓代碼具有：

? 可擴(kuò)展性：新增功能時(shí)無需修改現(xiàn)有代碼。

? 可替換性：對(duì)象可以相互替換而不影響系統(tǒng)。

? 通用性：編寫處理通用接口的代碼，適用于多種具體類型。

示例：多態(tài)的基本實(shí)現(xiàn)

print(make_sound(Cat()))   # 輸出：喵喵～

Python 是動(dòng)態(tài)類型語言，它通過動(dòng)態(tài)綁定（dynamic binding）在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型解析方法調(diào)用，使多態(tài)得以自然實(shí)現(xiàn)。

上例中，調(diào)用 animal.speak() 時(shí)，解釋器會(huì)查看對(duì)象的實(shí)際類型，然后找到該類型的 speak() 方法并調(diào)用它。

這種機(jī)制使得多態(tài)在 Python 中自然而高效。

11.5.2 鴨子類型

Python采用獨(dú)特的鴨子類型（Duck Typing）實(shí)現(xiàn)多態(tài)，其核心思想是：

"如果它走起來像鴨子，叫起來像鴨子，那么它就是鴨子。"

核心原則：關(guān)注對(duì)象行為，而非對(duì)象類型。只要對(duì)象實(shí)現(xiàn)了所需的方法，就可以被當(dāng)作特定類型使用。

示例：鴨子類型的靈活應(yīng)用

    print(make_sound(obj))

輸出：

今天是 2025-12-03，宜學(xué)習(xí) Python。

鴨子類型的優(yōu)勢(shì)：

? 靈活性：無需繼承關(guān)系，只要行為匹配即可。

? 簡潔性：避免復(fù)雜的類型檢查和繼承層次。

? 自然性：符合 Python “簡單優(yōu)于復(fù)雜”的設(shè)計(jì)哲學(xué)。

11.5.3 多態(tài)的擴(kuò)展性

Python 的多態(tài)支持：只要子類（或任何實(shí)現(xiàn)相同行為的對(duì)象）能提供預(yù)期的接口，就可以替換父類對(duì)象。由于 Python 鼓勵(lì)鴨子類型，替換對(duì)象甚至不必是父類子類關(guān)系，只需行為滿足契約即可。

例如：

print(process_payment(ApplePay(), 300))  # 輸出：Apple Pay支付300元

多態(tài)的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景：

? 插件系統(tǒng)：新增插件只需實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)接口

? 算法策略：不同算法實(shí)現(xiàn)相同接口，可動(dòng)態(tài)切換

? 數(shù)據(jù)源抽象：文件、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)都可作為數(shù)據(jù)源

? UI 組件：不同控件響應(yīng)相同的事件接口。

例 11.5.1：支付系統(tǒng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目描述：各支付方式都有 pay 方法。設(shè)計(jì)一個(gè)統(tǒng)一的接口，即使增加別的支付方式（比如 Apple Pay）也不需要修改舊代碼。

    print("-" * 30)

輸出：

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11.6 抽象

隨著系統(tǒng)復(fù)雜度增加，需要一種機(jī)制來強(qiáng)制規(guī)范。多態(tài)提供了靈活性，但缺乏約束。抽象（abstract）則能通過定義標(biāo)準(zhǔn)接口來確保一致性。

11.6.1 抽象類與抽象方法

Python通過 模塊實(shí)現(xiàn)抽象類。要定義抽象類，必須繼承 ABC，并使用 標(biāo)記抽象方法。

（1）抽象類的作用

? 定義契約：規(guī)定子類必須實(shí)現(xiàn)哪些方法

? 防止誤用：抽象類不能實(shí)例化

? 代碼組織：提供公共接口和部分實(shí)現(xiàn)

（2）抽象方法的特點(diǎn)

? 只有聲明，沒有實(shí)現(xiàn)：用 @abstractmethod 裝飾器標(biāo)記。

? 子類必須實(shí)現(xiàn)：否則在實(shí)例化時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)。

? 強(qiáng)制接口規(guī)范：確保所有子類都有相同的方法接口。

示例：圖形系統(tǒng)抽象設(shè)計(jì)

    print(shape.get_info())  # 統(tǒng)一接口調(diào)用

注意，抽象類不能直接實(shí)例化：

# Shape()  # ? TypeError: 不能實(shí)例化抽象類

11.6.2 抽象的應(yīng)用場(chǎng)景

（1）定義嚴(yán)格接口標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)系統(tǒng)需要確保所有組件都實(shí)現(xiàn)特定功能時(shí)，使用抽象類強(qiáng)制規(guī)范。

示例：支付接口標(biāo)準(zhǔn)

#     pass  # ? 會(huì)報(bào)錯(cuò)：不能實(shí)例化含抽象方法的子類

（2）提供模板方法模式

抽象類可以定義算法骨架，將某些步驟延遲到子類實(shí)現(xiàn)。

示例：訂單處理模板

processor.process_order("A002", 80)        

11.6.3 抽象與多態(tài)的結(jié)合

抽象定義"應(yīng)該做什么"，多態(tài)實(shí)現(xiàn)"具體怎么做"。二者結(jié)合創(chuàng)建出既規(guī)范又靈活的系統(tǒng)。

示例：支付處理系統(tǒng)

    print(result)

11.7面向?qū)ο箜?xiàng)目綜合應(yīng)用

項(xiàng)目背景：設(shè)計(jì)一個(gè)交通調(diào)度系統(tǒng)，管理不同類型的交通工具。系統(tǒng)需要支持多種交通工具類型，且未來可方便擴(kuò)展新類型。

設(shè)計(jì)思路：

（1）使用抽象類定義交通工具的統(tǒng)一接口

（2）使用繼承實(shí)現(xiàn)不同類型的交通工具

（3）使用多態(tài)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)度管理

（4）使用封裝保護(hù)交通工具的內(nèi)部狀態(tài)

參考代碼：

    main()

系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明：

（1）抽象類統(tǒng)一接口：所有交通工具實(shí)現(xiàn)相同的 start() 和 stop() 方法。

（2）多態(tài)管理：調(diào)度系統(tǒng)以統(tǒng)一方式操作各種交通工具。

（3）封裝保護(hù)：車輛狀態(tài)、乘客數(shù)量等內(nèi)部數(shù)據(jù)受到保護(hù)。

（4）易于擴(kuò)展：新增交通工具類型時(shí)，現(xiàn)有代碼無需修改。

小結(jié)

多態(tài)通過統(tǒng)一接口實(shí)現(xiàn)多樣行為，讓代碼靈活可擴(kuò)展；抽象定義接口規(guī)范，確保系統(tǒng)一致性。二者結(jié)合使系統(tǒng)既規(guī)范又靈活。本次課學(xué)習(xí)了多態(tài)原理、鴨子類型機(jī)制、抽象類應(yīng)用及兩者協(xié)同設(shè)計(jì)模式，為構(gòu)建健壯的面向?qū)ο笙到y(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

面向?qū)ο缶幊桃苑庋b保護(hù)數(shù)據(jù)、繼承復(fù)用代碼、多態(tài)統(tǒng)一接口，構(gòu)建出模塊化、可擴(kuò)展的軟件系統(tǒng)。三大支柱相輔相成：封裝確保對(duì)象安全，繼承建立層次關(guān)系，多態(tài)與抽象提供靈活實(shí)現(xiàn)。掌握這一體系，方能以面向?qū)ο笏季S有效建模復(fù)雜問題，編寫出健壯且易維護(hù)的專業(yè)級(jí)代碼。

“點(diǎn)贊有美意，贊賞是鼓勵(lì)”