Python：多态、协议和鸭子类型

多态

问起面向对象的三大特性，几乎每个人都能对答如流：封装、继承、多态。今天我们就要来说一说 Python 中的多态。

所谓多态：就是指一个类实例的相同方法在不同情形有不同表现形式。多态机制使具有不同内部结构的对象可以共享相同的外部接口。这意味着，虽然针对不同对象的具体操作不同，但通过一个公共的类，它们（那些操作）可以通过相同的方式予以调用。

我在《Python 中的设计模式详解之：策略模式》一文中详细描述了策略模式的实现，而策略模式就是典型的多态应用。

之前的代码我就不贴了，大家可以去原文中查看。我依然还是以商品折扣的经典举例。策略模式一文中，传统的策略模式实现方式我也是用 Python 代码实现的，在 java 或 C# 等语言中，实现方式也差不多。以下是 C# 代码，我只列了个架子：

interface Promotion
{
    double discount(Order order);
}

class FidelityPromo : Promotion  // 第一个具体策略
{
    // 为积分为1000或以上的顾客提供5%折扣
    public double discount(Order order)
    {
        ...
    }
}

class BulkItemPromo : Promotion // 第二个具体策略
{
    //单个商品为20个或以上时提供10%折扣
    public double discount(Order order)
    {
        ...
    }
}

class LargeOrderPromo : Promotion // 第三个具体策略
{
    //订单中的不同商品达到10个或以上时提供7%折扣
    public double discount(Order order)
    {
        ...
    }
}

可以看到，首先要有一个接口（Promotion），然后各个策略去实现这个接口。然而，Python 语言没有 interface 关键字，就是说，Python 里没有像 java、C# 一样的接口。

在策略模式一文的实现中，使用了抽象基类（Abstract Base Class，ABC）来实现接口，这主要是为了写法上看起来和 java、C# 等语言更加的像，易于有这些语言基础的同学理解和对比。

抽象基类是在 Python 语言诞生 15 年后，Python 2.6 才引入的。这里我们不详细介绍抽象基类，因为即便现在也很少有代码使用抽象基类。对于多态，Python 有更好的实现方式——鸭子类型（duck typing）。

协议和鸭子类型

所谓 鸭子类型 就是：如果一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子，那么它就是鸭子。这个概念的名字来源于 James Whitcomb Riley 提出的鸭子测试。

初次看到这个描述的小伙伴一定一头雾水，为了理解鸭子类型，我们不得不提到另一个名词——协议。

在面向对象编程中，协议是非正式的接口，是一组方法，只由文档和约定定义，因此，协议不能像正式接口那样施加强制性约束。而 Python 的哲学就是尽量支持基本协议。

翻译成人话，就是：Python 中没有接口，在需要使用接口的地方，就用协议代替。所谓协议，其实就是一组方法，和接口中定义的方法一个意思。只不过协议是不是强制性的约定，如果你不遵守协议，那么也没关系，运行时报错就是了。

这样就好理解鸭子类型了，“如果一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子” 这就表示已经遵守了协议，“那么它就是鸭子”，意味着你可以在其他用到“鸭子”的地方，用“这只鸟”替换。这不就是多态吗？

用“鸭子类型”来实现策略模式也很简单，删掉抽象基类就可以了。（这就是为什么抽象基类很少使用的原因，因为删掉代码也一样正确啊。）有兴趣的小伙伴可以自己尝试一下代码。

Python 中的协议举例

Python 中有很多的协议，比如迭代器协议，任何实现了 __iter__ 和 __next__ 方法的对象都可称之为迭代器，但对象本身是什么类型不受限制，这得益于鸭子类型。

from collections import Iterable
from collections import Iterator

class MyIterator:
    def __iter__(self):
        pass

    def __next__(self):
        pass

print(isinstance(MyIterator(), Iterable)) 
print(isinstance(MyIterator(), Iterator))

输出：

True
True

结语

鸭子类型是编程语言中动态类型语言中的一种设计风格，一个对象的特征不是由父类决定，而是通过对象的方法决定的。

Python 不是不支持多态，而是 Python 本身就是一门多态的语言。