多重继承

继承是面向对象编程的一个重要的方式,因为通过继承,子类就可以扩展父类的功能。

回忆一下Animal类层次的设计,假设我们要实现以下4种动物:

Dog - 狗狗; Bat - 蝙蝠; Parrot - 鹦鹉; Ostrich - 鸵鸟。 如果按照哺乳动物和鸟类归类,我们可以设计出这样的类的层次:

                ┌───────────────┐
                │    Animal     │
                └───────────────┘
                        │
           ┌────────────┴────────────┐
           │                         │
           ▼                         ▼
    ┌─────────────┐           ┌─────────────┐
    │   Mammal    │           │    Bird     │
    └─────────────┘           └─────────────┘
           │                         │
     ┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐
     │            │            │            │
     ▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   Dog   │  │   Bat   │  │ Parrot  │  │ Ostrich │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

但是如果按照“能跑”和“能飞”来归类,我们就应该设计出这样的类的层次:

                ┌───────────────┐
                │    Animal     │
                └───────────────┘
                        │
           ┌────────────┴────────────┐
           │                         │
           ▼                         ▼
    ┌─────────────┐           ┌─────────────┐
    │  Runnable   │           │   Flyable   │
    └─────────────┘           └─────────────┘
           │                         │
     ┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐
     │            │            │            │
     ▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   Dog   │  │ Ostrich │  │ Parrot  │  │   Bat   │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

如果要把上面的两种分类都包含进来,我们就得设计更多的层次:

哺乳类:能跑的哺乳类,能飞的哺乳类; 鸟类:能跑的鸟类,能飞的鸟类。 这么一来,类的层次就复杂了:

                ┌───────────────┐
                │    Animal     │
                └───────────────┘
                        │
           ┌────────────┴────────────┐
           │                         │
           ▼                         ▼
    ┌─────────────┐           ┌─────────────┐
    │   Mammal    │           │    Bird     │
    └─────────────┘           └─────────────┘
           │                         │
     ┌─────┴──────┐            ┌─────┴──────┐
     │            │            │            │
     ▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│  MRun   │  │  MFly   │  │  BRun   │  │  BFly   │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘
     │            │            │            │
     │            │            │            │
     ▼            ▼            ▼            ▼
┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐  ┌─────────┐
│   Dog   │  │   Bat   │  │ Ostrich │  │ Parrot  │
└─────────┘  └─────────┘  └─────────┘  └─────────┘

如果要再增加“宠物类”和“非宠物类”,这么搞下去,类的数量会呈指数增长,很明显这样设计是不行的。

正确的做法是采用多重继承。首先,主要的类层次仍按照哺乳类和鸟类设计:

class Animal(object):
    pass

# 大类:
class Mammal(Animal):
    pass

class Bird(Animal):
    pass

# 各种动物:
class Dog(Mammal):
    pass

class Bat(Mammal):
    pass

class Parrot(Bird):
    pass

class Ostrich(Bird):
    pass

现在,我们要给动物再加上Runnable和Flyable的功能,只需要先定义好Runnable和Flyable的类:

class Runnable(object):
    def run(self):
        print('Running...')

class Flyable(object):
    def fly(self):
        print('Flying...')

对于需要Runnable功能的动物,就多继承一个Runnable,例如Dog:

class Dog(Mammal, Runnable):
    pass
对于需要Flyable功能的动物,就多继承一个Flyable,例如Bat:

class Bat(Mammal, Flyable):
    pass

通过多重继承,一个子类就可以同时获得多个父类的所有功能。

MixIn 在设计类的继承关系时,通常,主线都是单一继承下来的,例如,Ostrich继承自Bird。但是,如果需要“混入”额外的功能,通过多重继承就可以实现,比如,让Ostrich除了继承自Bird外,再同时继承Runnable。这种设计通常称之为MixIn。

为了更好地看出继承关系,我们把Runnable和Flyable改为RunnableMixIn和FlyableMixIn。类似的,你还可以定义出肉食动物CarnivorousMixIn和植食动物HerbivoresMixIn,让某个动物同时拥有好几个MixIn:

class Dog(Mammal, RunnableMixIn, CarnivorousMixIn):
    pass

MixIn的目的就是给一个类增加多个功能,这样,在设计类的时候,我们优先考虑通过多重继承来组合多个MixIn的功能,而不是设计多层次的复杂的继承关系。

Python自带的很多库也使用了MixIn。举个例子,Python自带了TCPServer和UDPServer这两类网络服务,而要同时服务多个用户就必须使用多进程或多线程模型,这两种模型由ForkingMixIn和ThreadingMixIn提供。通过组合,我们就可以创造出合适的服务来。

比如,编写一个多进程模式的TCP服务,定义如下:

class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixIn):
    pass

编写一个多线程模式的UDP服务,定义如下:

class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixIn):
    pass

如果你打算搞一个更先进的协程模型,可以编写一个CoroutineMixIn:

class MyTCPServer(TCPServer, CoroutineMixIn):
    pass

这样一来,我们不需要复杂而庞大的继承链,只要选择组合不同的类的功能,就可以快速构造出所需的子类。

批注: MixIn这种写法可以用来动态的给类添加功能