了解Python中的多態

一、多態的概念

多態是面向對象編程的一個重要特性，指的是同一個類的實例，在不同情境下的表現形式不同。簡單的說，就是同一個名字的方法在不同的對象中呈現出不同行為。

在Python中，多態可以通過繼承和方法重寫來實現。當子類重寫了父類的方法，執行該方法時會根據所傳入的對象的不同而表現出不同的行為。

class Animal:
    def speak(self):
        pass

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

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

def animal_speak(animal):
    print(animal.speak())

dog = Dog()
cat = Cat()

animal_speak(dog)   # 輸出 Woof!
animal_speak(cat)   # 輸出 Meow!

二、多態的優點

多態可以使代碼具有更高的靈活性和可擴展性。通過使用多態，可以將不同的類對象作為參數傳遞給同一個函數，從而實現更通用、更靈活的代碼。此外，多態還可以提高代碼的可讀性和可維護性。

三、多態的應用場景

多態在實際編程中有着廣泛的應用場景。以下是幾個典型的例子：

1. 多態實現抽象類

Python中沒有顯式的抽象類，但可以通過多態來實現。通過定義一個父類，並將其中一些方法聲明為抽象方法（即只有方法簽名，沒有具體實現），然後在子類中重寫這些方法，就可以實現抽象類的功能。

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, length, width):
        self.length = length
        self.width = width
    
    def area(self):
        return self.length * self.width

shapes = [Circle(4), Rectangle(2, 5)]

for shape in shapes:
    print(shape.area())

2. 多態實現工廠模式

工廠模式是一種創建型模式，用於創建不同的對象。通過使用多態，可以將對象的創建和使用分離，從而實現更加靈活的代碼結構。

class Dog:
    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat:
    def speak(self):
        return "Meow!"

def get_pet(pet="dog"):
    pets = dict(dog=Dog(), cat=Cat())
    return pets[pet]

d = get_pet("dog")
print(d.speak())

c = get_pet("cat")
print(c.speak())

3. 多態實現策略模式

策略模式是一種行為型模式，用於在運行時選擇算法。與工廠模式類似，通過使用多態，可以將算法的選擇和實際業務處理分離，從而實現更加靈活的代碼結構。

class Strategy:
    def execute(self, a, b):
        pass

class Add(Strategy):
    def execute(self, a, b):
        return a + b

class Multiply(Strategy):
    def execute(self, a, b):
        return a * b

class Subtract(Strategy):
    def execute(self, a, b):
        return a - b

class Calculator:
    def __init__(self, strategy):
        self.strategy = strategy
    
    def execute(self, a, b):
        return self.strategy.execute(a, b)

add = Add()
multiply = Multiply()
subtract = Subtract()

calculator = Calculator(add)
print(calculator.execute(2, 3))

calculator.strategy = multiply
print(calculator.execute(2, 3))

calculator.strategy = subtract
print(calculator.execute(2, 3))

結語

Python中的多態是一種非常重要的編程概念，應用廣泛且有着顯著的優點。通過合理使用多態，可以使代碼更加靈活、可擴展、可讀性和可維護性更高。