继承和多态
在 OOP 程序设计中，当我们定义一个 class 的时候，可以从某个现有的 class 继承，新的 class 称为子类 (Subclass) ，而被继承的 class 称为基类、父类或超类 (Base class、Super class) 。
比如，我们已经编写了一个名为 Animal 的 class，有一个 run() 方法可以直接打印:
class Animal(object):
def run(self):
print('Animal is running...')
当我们需要编写 Dog 和 Cat 类时，就可以直接从 Animal 类继承:
class Dog(Animal):
pass
class Cat(Animal):
pass
对于 Dog 来说，Animal 就是它的父类，对于 Animal 来说，Dog 就是它的子类。Cat 和 Dog 类似。
继承有什么好处？最大的好处是子类获得了父类的全部功能。由于 Animial 实现了 run() 方法，因此，Dog 和 Cat 作为它的子类，什么事也没干，就自动拥有了 run() 方法:
dog = Dog()
dog.run()
cat = Cat()
cat.run()
运行结果如下:
Animal is running...
Animal is running...
当然，也可以对子类增加一些方法，比如 Dog 类:
class Dog(Animal):
def run(self):
print('Dog is running...')
def eat(self):
print('Eating meat...')
继承的第二个好处需要我们对代码做一点改进。您看到了，无论是 Dog 还是 Cat，它们 run() 的时候，显示的都是 Animal is running...，符合逻辑的做法是分别显示 Dog is running... 和 Cat is running...，因此，对 Dog 和 Cat 类改进如下:
class Dog(Animal):
def run(self):
print('Dog is running...')
class Cat(Animal):
def run(self):
print('Cat is running...')
再次运行，结果如下:
Dog is running...
Cat is running...
当子类和父类都存在相同的 run() 方法时，我们说，子类的 run() 覆盖了父类的 run()，在代码运行的时候，总是会调用子类的 run()。这样，我们就获得了继承的另一个好处: 多态。
要理解什么是多态，我们首先要对数据类型再作一点说明。当我们定义一个 class 的时候，我们实际上就定义了一种数据类型。我们定义的数据类型和 Python 自带的数据类型，比如 str、list、dict 没什么两样:
a = list() # a是list类型
b = Animal() # b是Animal类型
c = Dog() # c是Dog类型
判断一个变量是否是某个类型可以用 isinstance() 判断:
>>> isinstance(a, list)
True
>>> isinstance(b, Animal)
True
>>> isinstance(c, Dog)
True
看来 a、b、c 确实对应着 list、Animal、Dog 这 3 种类型。
但是等等，试试:
>>> isinstance(c, Animal)
True
看来 c 不仅仅是 Dog，c 还是 Animal!
不过仔细想想，这是有道理的，因为 Dog 是从 Animal 继承下来的，当我们创建了一个 Dog 的实例 c 时，我们认为 c 的数据类型是 Dog 没错，但 c 同时也是 Animal 也没错，Dog 本来就是 Animal 的一种!
所以，在继承关系中，如果一个实例的数据类型是某个子类，那它的数据类型也可以被看做是父类。但是，反过来就不行:
>>> b = Animal()
>>> isinstance(b, Dog)
False
Dog 可以看成 Animal，但 Animal 不可以看成 Dog。
要理解多态的好处，我们还需要再编写一个函数，这个函数接受一个 Animal 类型的变量:
def run_twice(animal):
animal.run()
animal.run()
当我们传入 Animal 的实例时，run_twice() 就打印出:
>>> run_twice(Animal())
Animal is running...
Animal is running...
当我们传入 Dog 的实例时，run_twice() 就打印出:
>>> run_twice(Dog())
Dog is running...
Dog is running...
当我们传入 Cat 的实例时，run_twice() 就打印出:
>>> run_twice(Cat())
Cat is running...
Cat is running...
看上去没啥意思，但是仔细想想，现在，如果我们再定义一个 Tortoise 类型，也从 Animal 派生:
class Tortoise(Animal):
def run(self):
print('Tortoise is running slowly...')
当我们调用 run_twice() 时，传入 Tortoise 的实例:
>>> run_twice(Tortoise())
Tortoise is running slowly...
Tortoise is running slowly...
您会发现，新增一个 Animal 的子类，不必对 run_twice() 做任何修改，实际上，任何依赖 Animal 作为参数的函数或者方法都可以不加修改地正常运行，原因就在于多态。
多态的好处就是，当我们需要传入 Dog、Cat、Tortoise……时，我们只需要接收 Animal 类型就可以了，因为 Dog、Cat、Tortoise……都是 Animal 类型，然后，按照 Animal 类型进行操作即可。由于 Animal 类型有 run() 方法，因此，传入的任意类型，只要是 Animal 类或者子类，就会自动调用实际类型的 run() 方法，这就是多态的意思:
对于一个变量，我们只需要知道它是 Animal 类型，无需确切地知道它的子类型，就可以放心地调用 run() 方法，而具体调用的 run() 方法是作用在 Animal、Dog、Cat 还是 Tortoise 对象上，由运行时该对象的确切类型决定，这就是多态真正的威力: 调用方只管调用，不管细节，而当我们新增一种 Animal 的子类时，只要确保 run() 方法编写正确，不用管原来的代码是如何调用的。这就是著名的“开闭”原则:
对扩展开放: 允许新增 Animal 子类；
对修改封闭: 不需要修改依赖 Animal 类型的 run_twice() 等函数。
继承还可以一级一级地继承下来，就好比从爷爷到爸爸、再到儿子这样的关系。而任何类，最终都可以追溯到根类 object，这些继承关系看上去就像一颗倒着的树。比如如下的继承树:
┌───────────────┐
│ object │
└───────────────┘
│
┌────────────┴────────────┐
│ │
▼ ▼
┌─────────────┐ ┌─────────────┐
│ Animal │ │ Plant │
└─────────────┘ └─────────────┘
│ │
┌─────┴──────┐ ┌─────┴──────┐
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐
│ Dog │ │ Cat │ │ Tree │ │ Flower │
└─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘
静态语言 vs 动态语言
对于静态语言 (例如 Java) 来说，如果需要传入 Animal 类型，则传入的对象必须是 Animal 类型或者它的子类，否则，将无法调用 run() 方法。
对于 Python 这样的动态语言来说，则不一定需要传入 Animal 类型。我们只需要保证传入的对象有一个 run() 方法就可以了:
class Timer(object):
def run(self):
print('Start...')
这就是动态语言的“鸭子类型”，它并不要求严格的继承体系，一个对象只要“看起来像鸭子，走起路来像鸭子”，那它就可以被看做是鸭子。
Python 的 “file-like object“ 就是一种鸭子类型。对真正的文件对象，它有一个 read() 方法，返回其内容。但是，许多对象，只要有 read() 方法，都被视为 “file-like object“。许多函数接收的参数就是 “file-like object“，您不一定要传入真正的文件对象，完全可以传入任何实现了 read() 方法的对象。
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，您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
如果您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。
小结
继承可以把父类的所有功能都直接拿过来，这样就不必重零做起，子类只需要新增自己特有的方法，也可以把父类不适合的方法覆盖重写。
动态语言的鸭子类型特点决定了继承不像静态语言那样是必须的。
由于 Python 允许使用多重继承，因此，MixIn 就是一种常见的设计。
只允许单一继承的语言 (如 Java) 不能使用 MixIn 的设计。