在编程世界中，重复代码被视为有害。我们不应在不同位置保留相同或相似的代码副本。当我们修复一处代码中的错误，却忘记修复另一处相同的错误时，就会给自己带来无穷无尽的问题。

有多种方式可以合并具有相似功能的代码片段或对象。在本章中，我们将介绍最著名的面向对象原则：继承。继承允许我们在两个或多个类之间建立“是一种”的关系，将共用逻辑抽象到父类中，并在每个子类中扩展具体的细节。具体来说，我们将涵盖以下内容的 Python 语法和原理：

• 基础继承
• 继承内置类型
• 多重继承
• 多态与鸭子类型

本章的案例研究将在前一章的基础上进行拓展。我们将利用继承和抽象的概念，探索如何在 k-近邻计算的不同部分中管理共用代码。

我们将首先深入分析继承的工作机制，通过提取共用特性来避免复制粘贴式的编程。

概述

从技术上讲，我们创建的每一个类都使用了继承。所有 Python 类都是名为 object 的特殊内置类的子类。这个类提供了一些元数据和基本行为，使得 Python 能够一致地处理所有对象。

如果我们没有显式地继承其他类，我们的类会自动继承自 object。不过，我们可以冗余地声明类从 object 继承，使用如下语法：

1class MySubClass(object):
2    pass

这就是继承。在 Python 3 中，如果我们不显式指定其他父类，所有类都会自动继承自 object。在这一关系中，被继承的类称为父类（或超类），例如这里的 object。而子类（如本例中的 MySubClass）则从父类继承。子类也被称为从其父类派生，或者子类扩展了父类。

正如你从示例中已经发现的，继承相比基础类定义只需添加少量额外语法。只需在类名和冒号之间用括号包含父类名称即可。这便是告诉 Python 新类应从指定父类派生的全部操作。

示例

继承在实际中如何应用？最简单且最直接的用法是为现有类添加功能。

父类

让我们从一个联系人管理器开始，用于跟踪若干人的姓名和电子邮件地址。Contact 类负责维护一个全局列表，记录所有曾经出现过的联系人，并初始化单个联系人的姓名和地址：

1class Contact:
2    all_contacts = []
3
4    def __init__(self, name: str, email: str) -> None:
5        self.name = name
6        self.email = email
7        Contact.all_contacts.append(self)
8        
9    def __repr__(self) -> str:
10        return (
11            f"{self.__class__.__name__}("
12            f"{self.name!r}, {self.email!r}"
13            f")"
14        )

这个例子引入了类变量的概念。all_contacts 列表由于属于类定义的一部分，因此被该类的所有实例共享。这意味着只有一个 Contact.all_contacts 列表。我们也可以在 Contact 类的任意实例方法中通过 self.all_contacts 访问它。如果某个字段在对象上找不到（通过 self），Python 会尝试在类上查找，从而指向同一个唯一的列表。

注意：使用 self 引用时要小心。它只能访问已存在的类变量。如果我们尝试通过 self.all_contacts 设置该变量，实际上会为该对象创建一个新的实例变量，而类变量本身保持不变，仍可通过 Contact.all_contacts 访问。

我们可以通过以下示例观察类如何追踪数据：

1class Contact:
2    all_contacts = []
3    
4    def __init__(self, name: str, email: str) -> None:
5        self.name = name
6        self.email = email
7        Contact.all_contacts.append(self)
8
9    def __repr__(self) -> str:
10        return (
11            f"{self.__class__.__name__}("
12            f"{self.name!r}, {self.email!r}"
13            f")"
14        )
15
16c_1 = Contact("Dusty", "dusty@example.com")
17c_2 = Contact("Steve", "steve@itmaybeahack.com")
18print(Contact.all_contacts)

我们创建了两个 Contact 类的实例，并分别赋值给变量 c_1 和 c_2。当我们查看 Contact.all_contacts 类变量时，可以看到列表已更新，记录了这两个对象。

子类

这是一个简单的类，用于跟踪每个联系人的部分信息。但如果我们的一些联系人同时也是供应商，需要向他们订购物资怎么办？我们可以向 Contact 类添加 order() 方法，但这会导致客户或亲友也被误用于下单。更好的做法是创建一个新的 Supplier 类，它像 Contact 类一样工作，但额外增加一个接受尚未定义的 Order 对象的 order() 方法：

1class Supplier(Contact):
2    def order(self, order: "Order") -> None:
3        print(
4            "如果这是一个真实系统，我们会向 '{self.name}' 发送 "
5            f"'{order}' 订单"
6        )

现在测试这个类，我们会发现所有联系人都能接收姓名和邮箱作为 __init__() 方法的参数，但只有 Supplier 实例拥有 order() 方法：

1from pprint import pprint
2
3class Contact:
4    all_contacts = []
5    
6    def __init__(self, name: str, email: str) -> None:
7        self.name = name
8        self.email = email
9        Contact.all_contacts.append(self)
10
11    def __repr__(self) -> str:
12        return (
13            f"{self.__class__.__name__}("
14            f"{self.name!r}, {self.email!r}"
15            f")"
16        )
17
18class Supplier(Contact):
19    def order(self, order: "Order") -> None:
20        print(
21            "如果这是一个真实系统，我们会向 '{self.name}' 发送 "
22            f"'{order}' 订单"
23        )
24
25c_1 = Contact("Dusty", "dusty@example.com")
26c_2 = Contact("Steve", "steve@itmaybeahack.com")
27
28c = Contact("Some Body", "somebody@example.net")
29s = Supplier("Sup Plier", "supplier@example.net")
30print(c.name, c.email, s.name, s.email)
31pprint(c.all_contacts)
32# 下面这行会报错，因为 Contact 类没有 order 属性
33# c.order("I need pliers")
34s.order("I need pliers")

我们的 Supplier 类不仅能完成 Contact 类的所有功能（包括自动加入 Contact.all_contacts 列表），还能处理作为供应商所需的特殊操作。这就是继承的魅力所在。

此外，请注意 Contact.all_contacts 已经收集了所有 Contact 类的实例，以及其子类 Supplier 的实例。如果我们使用 self.all_contacts，则不会将所有对象统一归入 Contact 类，而是会让 Supplier 实例被放入 Supplier.all_contacts 中。