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Python 多态与类型匹配

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Python 多态与类型匹配使用方法攻略

引言

多态是面向对象编程的基本特性之一，指的是同一个变量或者同一个类型，调用同一个方法时，能够根据传入的参数的不同，产生不同的结果。在Python中，多态是通过类型匹配实现的，即通过函数的参数类型或者参数个数来实现，同时Python作为一种动态类型语言，具有天然的多态性。

类型匹配

Python中通过“duck type”机制实现类型匹配，即“如果它看起来像一只鸭子，游泳起来像一只鸭子，叫起来像一只鸭子，那么它就是一只鸭子”。这意味着Python中并不存在“强整形”（int）和“强字符串”（str）这样的限制，任何对象只要实现了相应的方法，就可以被当做对应的类型来使用。比如下面这个示例：

class Dog:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return "Woof!"

class Cat:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return "Meow!"

def make_pet_speak(pet):
    print(f"{pet.name} says: {pet.speak()}")

a_dog = Dog("Rex")
a_cat = Cat("Misty")

make_pet_speak(a_dog)
make_pet_speak(a_cat)

输出结果如下：

Rex says: Woof!
Misty says: Meow!

这里make_pet_speak函数接受任何实现了speak方法的对象作为参数，不关心具体的类型，只要对象能够看起来像是一个宠物，就可以被正常地处理。

多态

多态是面向对象编程的核心之一，它可以让同一个方法在不同的对象上产生不同的行为。在Python中实现多态非常自然，因为它能很好地处理不同类型的参数。以下是一个简单的例子：

class Shape:
    def area(self):
        pass

class Square(Shape):
    def __init__(self, side):
        self.side = side

    def area(self):
        return self.side * self.side

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius

    def area(self):
        return 3.14 * self.radius * self.radius

def print_area(shape):
    print(f"The area of the shape is {shape.area()}")

a_square = Square(4)
a_circle = Circle(2)

print_area(a_square)
print_area(a_circle)

输出结果如下：

The area of the shape is 16
The area of the shape is 12.56

这里print_area函数接受任何实现了area方法的对象作为参数，不关心具体的类型，只要对象能够看起来像是一个形状，就可以被正常地处理。

示例说明

示例一

假设你在开发一个处理数字的程序，你需要实现一个对数字求平方的功能。你可以定义一个函数square来实现该功能，但是你不希望该函数仅仅能够接受整数类型的参数，如果必须将浮点数转换成整数再进行运算，会降低代码的效率。为了解决这个问题，你可以使用“鸭子类型”，即接受所有支持“乘法”运算的类型作为参数。例如：

def square(x):
    return x * x

print(square(5))
print(square(1.5))

输出结果如下：

25
2.25

这里的square函数接受任何支持“乘法”运算的类型作为参数，并不关心具体的类型，只要能够看起来像是一个数字就可以。

示例二

假设你在开发一个游戏，你需要实现一个“攻击”功能，能够对敌人造成一定的伤害。你可以定义一个attack方法来实现该功能，但是你不希望该方法仅仅能够接受“怪物”类型的参数，因为玩家也可以使用该方法攻击。为了解决这个问题，你可以使用“多态”，让该方法在不同的对象上产生不同的行为。例如：

class Player:
    def __init__(self, name, level):
        self.name = name
        self.level = level

    def attack(self, target):
        if isinstance(target, Monster):
            print(f"{self.name} attacks {target.name}")
            target.take_damage(self.level)

class Monster:
    def __init__(self, name, level):
        self.name = name
        self.level = level
        self.health = 100

    def take_damage(self, level):
        self.health -= level * 10
        print(f"{self.name} takes {level * 10} damage")

    def is_dead(self):
        return self.health <= 0

a_player = Player("Alice", 1)
a_monster = Monster("Goblin", 1)

a_player.attack(a_monster)

输出结果如下：

Alice attacks Goblin
Goblin takes 10 damage

这里的attack方法接受任何实现了take_damage方法的对象作为参数，不关心具体的类型，只要对象能够看起来像是一个可以被攻击的目标就可以。同时该方法在不同的对象上产生不同的行为，当对象是“怪物”类型时，会对其造成伤害，当对象是“玩家”类型时，则不会造成伤害，仅仅是一个简单的攻击行为。

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