不間斷 Python 挑戰 Day 23 - 物件導向程式設計：繼承 (Inheritance)

更新於 2022/11/10發佈於 2022/01/29閱讀時間約 12 分鐘

「繼承」顧名思義就是有一個或多個類別延續了某個類別的特性，就如同在人類社會裡，兒女接收了父母的財產、承襲了上代的技能、延續了前一輩的事業。在Python的語言裡，能夠繼承的特性為類別的公有屬性與方法，繼承的類別稱為子類別(child class / subclass)或衍伸類別(derived class)，被繼承的類別稱為父類別(parent class / superclass)或基底類別(base class)。

繼承的好處在於子類別可以沿用父類別的公有屬性與方法，並開創屬於子類別本身的屬性與方法，在程式設計上若想設計一個功能為另一個功能的延伸，便可用繼承的方式來減少重複的程式碼，讓程式維護變得更簡單。例如，我們可以設計一個動物類別，這個類別的屬性可能預設有兩個眼睛、四隻腳，方法可能有呼吸、跑、叫、吃東西等等，接著要設計一個小狗的類別時，我們便可讓它繼承動物類別所有的屬性及方法，但可以改寫或是延伸專屬於小狗的特性，如小狗會汪汪叫，「汪汪叫」便是小狗專有的叫法；設計小鳥的類別時，屬性就要改寫成兩隻腳，方法要多一個飛行等等。

繼承方式

繼承的基本語法如下，首先要先有一個父類別ParentClass，繼承的子類別ChildClass在括號中帶入父類別的名稱。

class ParentClass():
　　...
class ChildClass(ParentClass):
　　...

例如以下範例創造一個Animal類別，並讓Dog類別繼承自Animal類別，雖然Dog類別的內容是空的，但它已經自動繼承了Animal類別裡面的eyes_num、legs_num屬性與breath()方法。

class Animal():
　　def __init__(self):
　　　　self.class_name = "動物"
　　　　self.eyes_num = 2
　　　　self.legs_num = 4
　　def breath(self, animal):
　　　　print(f"{animal}呼吸")
　　class Dog(Animal):
　　　　pass
dog = Dog()
print(f"{dog.class_name}有{dog.eyes_num}個眼睛、{dog.legs_num}隻腳")
dog.breath(dog.class_name)

執行結果：

動物有2個眼睛、4隻腳
動物呼吸

屬性與方法覆寫 (Override)

子類別和父類別可以有相同名稱的屬性與方法，當子類別的物件取用這些屬性或方法時，Python會從子類別開始尋找，若找不到才到父類別中尋找，因此重覆的名稱就相當於被覆寫了。在上例中，既然已經從Animal類別中衍生出Dog類別，就會希望能更明確寫出是"小狗"有2個眼睛、4隻腳，以及"小狗"呼吸，因此我們改寫以上的範例，有以下幾個觀察重點：

Dog類別有自己的初始化__init__()方法，因此Animal類別的__init__()方法被覆寫，若沒有其他敘述，class_name、eyes_num與legs_num屬性便無法被子類別的物件取用。
若要呼叫父類別的方法，可用super()方法來引用，例如以下的super().__init__()呼叫Animal類別的初始化__init__()方法，此時Animal類別的class_name、eyes_num與legs_num屬性才能被子類別的物件取用。
Dog類別中有定義自己的class_name屬性，因此dog.class_name取用到的是Dog類別所定義的"小狗"。
Dog類別中有定義自己的breath()方法，並在該方法中呼叫Animal類別的breath()方法傳入參數，因此dog.breath()取用到的是Dog類別所定義的內容，也就是印出"小狗呼吸"。

class Animal():
　　def __init__(self):
　　　　self.class_name = "動物"
　　　　self.eyes_num = 2
　　　　self.legs_num = 4
　　def breath(self, animal):
　　　　print(f"{animal}呼吸")
class Dog(Animal):
　　def __init__(self):
　　　　super().__init__()
　　　　self.class_name = "小狗"
　　def breath(self, dog="小狗"):
　　　　super().breath(dog)
dog = Dog()
print(f"{dog.class_name}有{dog.eyes_num}個眼睛、{dog.legs_num}隻腳")
dog.breath()

執行結果：

小狗有2個眼睛、4隻腳
小狗呼吸

子類別新增屬性與方法

如前面所述，子類別為父類別功能的延伸，因此子類別除了可以重覆使用父類別的公有屬性與方法外，也可以新增專屬於自己的屬性與方法。

如以下範例，Bird類別繼承自Animal類別，但改寫了Animal類別的class_name及legs_num屬性、保留了eyes_num屬性、並新增了wings_num屬性，方法除了改寫原本的breath()外，也新增了fly()方法。

class Bird(Animal):
　　def __init__(self):
　　　　super().__init__()
　　　　self.class_name = "小鳥"
　　　　self.legs_num = 2
　　　　self.wings_num = 2
　　def breath(self, bird="小鳥"):
　　　　super().breath(bird)
　　def fly(self):
　　　　print(f"{self.class_name}會飛")
bird = Bird()
print(f"{bird.class_name}有{bird.eyes_num}個眼睛、{bird.legs_num}隻腳、{bird.wings_num}隻翅膀")
bird.breath()
bird.fly()

執行結果：

小鳥有2個眼睛、2隻腳、2隻翅膀
小鳥呼吸
小鳥會飛

多層繼承

繼承的類別不僅僅限於父類別與子類別這樣兩層的關係，也可以三代同堂，例如承續上個例子，可以再建立一個Poodle類別繼承自Dog類別，如此一來，Animal類別就變為祖父類別、Dog類別為父類別、Poodle類別為子類別。在Poodle類別中，我們用super().__init__()來取得Dog類別的屬性，再於Dog類別內取得Animal類別的屬性，如此一層接續一層，便可以繼承上層類別的所有屬性。breath()方法的處理方式雷同，Poodle類別的breath()方法依序呼叫了Dog類別及Animal類別的breath()方法，並一層層傳入參數，最後印出訊息。

class Poodle(Dog):
　　def __init__(self):
　　　　super().__init__()
　　　　self.class_name = "貴賓狗"
　　def breath(self):
　　　　super().breath(self.class_name)
poodle = Poodle()
print(f"{poodle.class_name}有{poodle.eyes_num}個眼睛、{poodle.legs_num}隻腳")
poodle.breath()

執行結果：

貴賓狗有2個眼睛、4隻腳
貴賓狗呼吸

多重繼承

一個類別可以繼承自一個以上的父類別，例如貴賓狗是狗的一種，但也可以做為人類的寵物，兩者會有不一樣的行為，例如一般的狗吃肉，但做為寵物則有可能吃到罐頭，也會和主人有互動。以下範例建立了Dog和Pet類別，兩者有不一樣的eat()方法，Pet類別則又多了play()方法，並讓Poodle類別同時繼承自Dog和Pet類別，因此，它可以呼叫繼承而來的所有方法。

class Dog():
　　def __init__(self):
　　　　self.class_name = "小狗"
　　def eat(self, dog):
　　　　print(f"{dog}吃肉")
class Pet():
　　def __init__(self):
　　　　self.class_name = "寵物"
　　def eat(self, pet):
　　　　print(f"{pet}吃罐頭")
　　def play(self, pet):
　　　　print(f"{pet}玩球")
class Poodle(Pet, Dog):
　　def __init__(self):
　　　　self.class_name = "貴賓狗"
　　def eat(self):
　　　　super().eat(self.class_name)
　　def play(self):
　　　　super().play(self.class_name)
poodle = Poodle()
poodle.eat()
poodle.play()

執行結果：

貴賓狗吃罐頭
貴賓狗玩球

有一點需要注意的是，當繼承的類別順序對調，Python在尋找方法的順序也會有所不同，如上例若將Poodle類別的寫法改為：

class Poodle(Dog, Pet):
　　......

則執行結果會變成：

貴賓狗吃肉
貴賓狗玩球

也就是會優先呼叫Dog類別裡面的eat()方法。在多重繼承的情況下，若父類別們有相同的方法名稱，那繼承的順序就必須多加留意。

兄弟類別

一個父類別可以衍生出多個子類別，這些子類別之間就互為兄弟類別，可以互相存取對方的公有屬性和方法。在本節的例子中，Animal類別是Dog類別和Bird類別的父類別，所以Dog類別和Bird類別就為兄弟類別，在Dog類別中，我們新增一個friend()方法，來存取Bird類別的class_name屬性。

class Dog(Animal):
　　def __init__(self):
　　　　super().__init__()
　　　　self.class_name = "小狗"
　　def breath(self, dog="小狗"):
　　　　super().breath(dog)
　　def eat(self, dog):
　　　　print(f"{dog}吃肉")
　　def friend(self):
　　　　print(f"{Bird().class_name}是我的朋友")

在類別外部呼叫friend()方法：

dog.friend()

執行結果：

小鳥是我的朋友

程式範例

本文程式範例收錄於：
https://github.com/wjweng/marathon_python/blob/master/Day1_to_25/marathon_python_day23.py

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