Python 編程B20：OOP（三）

11.5 多態

現實世界中，不同對象對同一命令的響應方式各不相同：貓和狗都能"發出聲音"，但叫聲各異；不同支付方式都能"完成支付"，但處理邏輯不同。這種"一個接口，多種實現"的思想，就是多態與抽象的核心價值。

11.5.1 多態的基本概念

多態（Polymorphism）源自希臘語，意為“多種形態”。在面向對象編程中，多態指同一操作作用于不同對象時，可以產生不同的執行結果。這是面向對象設計的靈魂，它讓代碼具有：

? 可擴展性：新增功能時無需修改現有代碼。

? 可替換性：對象可以相互替換而不影響系統。

? 通用性：編寫處理通用接口的代碼，適用于多種具體類型。

示例：多態的基本實現

print(make_sound(Cat()))   # 輸出：喵喵～

Python 是動態類型語言，它通過動態綁定（dynamic binding）在運行時根據對象的實際類型解析方法調用，使多態得以自然實現。

上例中，調用 animal.speak() 時，解釋器會查看對象的實際類型，然后找到該類型的 speak() 方法并調用它。

這種機制使得多態在 Python 中自然而高效。

11.5.2 鴨子類型

Python采用獨特的鴨子類型（Duck Typing）實現多態，其核心思想是：

"如果它走起來像鴨子，叫起來像鴨子，那么它就是鴨子。"

核心原則：關注對象行為，而非對象類型。只要對象實現了所需的方法，就可以被當作特定類型使用。

示例：鴨子類型的靈活應用

    print(make_sound(obj))

輸出：

今天是 2025-12-03，宜學習 Python。

鴨子類型的優勢：

? 靈活性：無需繼承關系，只要行為匹配即可。

? 簡潔性：避免復雜的類型檢查和繼承層次。

? 自然性：符合 Python “簡單優于復雜”的設計哲學。

11.5.3 多態的擴展性

Python 的多態支持：只要子類（或任何實現相同行為的對象）能提供預期的接口，就可以替換父類對象。由于 Python 鼓勵鴨子類型，替換對象甚至不必是父類子類關系，只需行為滿足契約即可。

例如：

print(process_payment(ApplePay(), 300))  # 輸出：Apple Pay支付300元

多態的實際應用場景：

? 插件系統：新增插件只需實現標準接口

? 算法策略：不同算法實現相同接口，可動態切換

? 數據源抽象：文件、數據庫、網絡都可作為數據源

? UI 組件：不同控件響應相同的事件接口。

例 11.5.1：支付系統設計

項目描述：各支付方式都有 pay 方法。設計一個統一的接口，即使增加別的支付方式（比如 Apple Pay）也不需要修改舊代碼。

    print("-" * 30)

輸出：

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11.6 抽象

隨著系統復雜度增加，需要一種機制來強制規范。多態提供了靈活性，但缺乏約束。抽象（abstract）則能通過定義標準接口來確保一致性。

11.6.1 抽象類與抽象方法

Python通過 模塊實現抽象類。要定義抽象類，必須繼承 ABC，并使用 標記抽象方法。

（1）抽象類的作用

? 定義契約：規定子類必須實現哪些方法

? 防止誤用：抽象類不能實例化

? 代碼組織：提供公共接口和部分實現

（2）抽象方法的特點

? 只有聲明，沒有實現：用 @abstractmethod 裝飾器標記。

? 子類必須實現：否則在實例化時會報錯。

? 強制接口規范：確保所有子類都有相同的方法接口。

示例：圖形系統抽象設計

    print(shape.get_info())  # 統一接口調用

注意，抽象類不能直接實例化：

# Shape()  # ? TypeError: 不能實例化抽象類

11.6.2 抽象的應用場景

（1）定義嚴格接口標準

當系統需要確保所有組件都實現特定功能時，使用抽象類強制規范。

示例：支付接口標準

#     pass  # ? 會報錯：不能實例化含抽象方法的子類

（2）提供模板方法模式

抽象類可以定義算法骨架，將某些步驟延遲到子類實現。

示例：訂單處理模板

processor.process_order("A002", 80)        

11.6.3 抽象與多態的結合

抽象定義"應該做什么"，多態實現"具體怎么做"。二者結合創建出既規范又靈活的系統。

示例：支付處理系統

    print(result)

11.7面向對象項目綜合應用

項目背景：設計一個交通調度系統，管理不同類型的交通工具。系統需要支持多種交通工具類型，且未來可方便擴展新類型。

設計思路：

（1）使用抽象類定義交通工具的統一接口

（2）使用繼承實現不同類型的交通工具

（3）使用多態實現統一的調度管理

（4）使用封裝保護交通工具的內部狀態

參考代碼：

    main()

系統設計說明：

（1）抽象類統一接口：所有交通工具實現相同的 start() 和 stop() 方法。

（2）多態管理：調度系統以統一方式操作各種交通工具。

（3）封裝保護：車輛狀態、乘客數量等內部數據受到保護。

（4）易于擴展：新增交通工具類型時，現有代碼無需修改。

小結

多態通過統一接口實現多樣行為，讓代碼靈活可擴展；抽象定義接口規范，確保系統一致性。二者結合使系統既規范又靈活。本次課學習了多態原理、鴨子類型機制、抽象類應用及兩者協同設計模式，為構建健壯的面向對象系統奠定基礎。

面向對象編程以封裝保護數據、繼承復用代碼、多態統一接口，構建出模塊化、可擴展的軟件系統。三大支柱相輔相成：封裝確保對象安全，繼承建立層次關系，多態與抽象提供靈活實現。掌握這一體系，方能以面向對象思維有效建模復雜問題，編寫出健壯且易維護的專業級代碼。

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