OOP — Python Inheritance 關於物件導向的繼承

Wanaka, New Zealand, photo by Sean Yeh

「繼承」一詞是個法律上的用語，常常出現在家中關於財產分配的問題上。例如民法有一整篇章（第五編 第1138條以下）在說明關於遺產繼承的問題。除此之外，我們會想到的例子是，當小孩子出生後不論在外型、長相或者是個性上漸漸的與生父母有些相似性，我們會說這小孩子繼承（更常用的詞是「遺傳」）了他父母的一些特徵。那麼我們為何在這裡討論「繼承」這個名詞？難道Python程式也會繼承？沒錯，我們也可以在Python程式裡面找到「繼承」（Inheritance）這個名詞。

類別可以繼承（Inheritance）

在Python程式中，繼承（Inheritance）是讓某個類別從另外一個類別承繼某些特性的功能。在這兩的類別間傳承的東西，正式類別中所宣告的資料與方法。繼承者被稱為子類別，而被繼承者則被稱為父類別。這概念比較屬於前述「繼承」中後者的定義。

為何需要類別繼承？

為何在Python程式中需要有這個概念？想要暸解繼承就需要做一個反向的假設，先來看看下面的例子。我們先假設Python程式中沒有繼承這種方式，在沒有繼承的狀況下我們要如何處理這個問題？

如果Python沒有繼承

如果我們想要分別設定三個類型的人，一般人、員工以及學生。這三種人除了都有姓與名之外，員工還具備員工編號以及薪資的資料，而學生則另外有學號以及成績。

依照上面的假設，我們可以做成下面三個類別Class，分別是Person，Employee與Student。

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
class Employee:
  def __init__(self,first,last, employee_id,salary):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
    self.employee_id = employee_id
    self.salary = salary
class Student:
  def __init__(self,first,last, student_id,grades):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
    self.student_id = student_id
    self.grades = grades

觀察上面的程式碼，你會發現在這做這三個類別時似乎做了幾次程式碼的「複製貼上」，整個程式碼看起來攏長且容易出錯。過沒多久，如果我們又產生新需求需要再增加一個角色。這時候如果像上面一樣一直增加類別，是不是覺得這樣子寫程式好像有點累贅的感覺？

難道我們不能用更簡潔更DRY（Don’t Repeat Yourself）的方式來處理這個問題嗎？

有繼承的Python

所謂的DRY就是當我們寫程式時，若用一行可以解決的話，就不要重複寫第二行。因此，如果程式碼中有了繼承的概念，在處理上面類別的問題時就會變成這樣：

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
class Employee(Person):
  def __init__(self,first,last,employee_id,salary):
    super().__init__(first,last)
    self.employee_id = employee_id
    self.salary = salary
class Student(Person):
  def __init__(self,first,last,student_id,grades):
    super().__init__(first,last)
    self.student_id = student_id
    self.grades = grades

在上面的程式碼裡面，我們不再做程式碼「複製貼上」的工作。員工類別與學生類別，繼承一般人類別。因此，程式碼變得較為清爽，未來在維護上也比較省事。

繼承的語法

在繼承中可以分為父類別（superclass）與子類別（subclass）兩個概念。父類別在建立的過程與一般類別的寫法沒有什麼不同，但在父類別裡面，我們要定義的屬性（attribute）與方法（method）未來可以提供子類別使用。

在繼承中可以分為父類別（superclass）與子類別（subclass）兩個概念。父類別在建立的過程與一般類別的寫法沒有什麼不同，但在父類別裡面，我們要定義的屬性（attribute）與方法（method）未來可以提供子類別使用。

而在子類別的地方，需要在括號中填入父類別的名稱，以標示繼承了父類別的屬性與方法。

class 類別名稱(父類別名稱):    
    //程式區塊

回到上面一般人與員工的例子（先不看學生的部分）。

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
class Employee(Person):
  def __init__(self,first,last,employee_id,salary):
    super().__init__(first,last)
    self.employee_id = employee_id
    self.salary = salary

員工(Employee)類別乃繼承了一般人（Person）類別。因此，可以在員工(Employee)類別後面的括號裡面看到Person。表示員工(Employee)類別繼承了Person父類別的屬性與方法。

我們可以透過isinstance的方法來檢查是體是否是源自父類別。

# 建立A實體
A= Person('John','Law')
# 建立B實體
B= Employee('Anna','Sue',100,45000)

使用Preson與Employee類別分別見建立A、Ｂ兩個實體。

先印出A實體是否為Person的一個實體化？答案應該很明顯，會得到True。

print(isinstance(A,Person))

另外，測試B實體是否為Person的一個實體化？答案也是True。

print(isinstance(B,Employee))

以上應該沒有疑義。

接下來就可以測試看看B是否為Peron的實體化？

print(isinstance(B,Person))

答案一樣是True。因此可以得知B不僅是Employee類別的實體化，也是Peron類別的實體化。Employee類別繼承了Peron類別。

方法改寫 Method Overriding

前面提到的類別繼承，我們可以從父類別繼承屬性與方法。我們是否可以在子類別中將父類別中繼承來的方法進行修改？這個問題稱為方法改寫（Method Overriding）。

延續上面的Person例子，我們在父類別裡面增加一個fullname方法，透過這個方法可以將這個人的名字列印出來顯示在螢幕上。

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
  def fullname(self):
    print(f'{self.firstname} {self.lastname}')
class Employee(Person):
  def __init__(self,first,last,employee_id,salary):
    super().__init__(first,last)
    self.employee_id = employee_id
    self.salary = salary

如果子類別Employee要改變繼承自父類別的結果時，我們可以在子類別中同樣加上一個fullname方法來改寫（Overriding）結果。如下，我們在子類別Employee中加上一個fullname方法，該方法的內容與父類別Person中的內容稍有不同。

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
  def fullname(self):
    print(f'{self.firstname} {self.lastname}')
class Employee(Person):
  def __init__(self,first,last,employee_id,salary):
    super().__init__(first,last)
    self.employee_id = employee_id
    self.salary = salary
  def fullname(self):
    return f'員工 {self.firstname} {self.lastname}'

執行看看，可以發現p.fullname()與e.fullname()除了名字不一樣外，e.fullname()還增加了「員工」兩個字。

p = Person('Anny','Peritz')
e = Employee('Anna','Sue',100,45000)
p.fullname()
e.fullname()

這就是因為我們透過方法改寫（Method Overriding）的方式修改了繼承自父元件的方法。

使用Super()改寫屬性

上面的Employee._init__在Python中有一個寫法，就是鼎鼎大名的super。

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
  def info(self):
    print(f'{self.firstname} {self.lastname}')
class Employee(Person):
  def __init__(self,first,last,employee_id,salary):
    super().__init__(first,last)
    self.employee_id = employee_id
    self.salary = salary
  
  def info(self):
    print(f'{self.firstname} {self.lastname}')
    print(f'{self.employee_id} {self.salary}')

透過super()可以讓子類別繼承父類別中的屬性並在後面加上子類別專有的屬性。在上面的例子裡面我們看到 super().__init__(first,last)，因此子類別可以繼承父類別的first與last。並且子類別Employee中還保有特有的employee_id與salary屬性。

此外，我們也可以把super()用在方法繼承上面。例如，可以把Employee中的info方法改為使用super()來表示。

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
  def info(self):
    print(f'{self.firstname} {self.lastname}')
class Employee(Person):
  def __init__(self,first,last,employee_id,salary):
    super().__init__(first,last)
    self.employee_id = employee_id
    self.salary = salary
  
  def info(self):
    super().info()
    print(f'{self.employee_id} {self.salary}')

如此程式碼更為簡潔。未來當我們需要修改info的內容時，可以直接從Person裡面的info方法進行修改，這樣子所有繼承父類別的子類別都會一並的受到影響，或者是只在Employee裡面的info方法裡面添加新的程式碼，這樣子只有Employee子類別單獨受到影響，不影響其他的子類別與父類別。

實例

下面是個會員費用的例子。

這個例子一樣衍生自前面的Person類別。在Person類別中除了firstname與lastname屬性外，還有info方法。

class Person:
  def __init__(self,first,last):
    self.firstname = first
    self.lastname = last
  def info(self):
    print(f'{self.firstname} {self.lastname}')

接著從Person延伸出Member類別，繼承自Person類別。在Member類別中修改繼承來的屬性增加了member_id與fee，並且修改了info方法。另外，添加了Member自己的get_discount方法。

class Member(Person):
  def __init__(self,first,last,member_id,fee):
    super().__init__(first,last)
    self.member_id = member_id
    self.fee = fee
  def info(self):
    super().info()
    print(f'會員編號：{self.member_id}，金額：{self.fee}')
  
  def get_discount(self):
    self.fee = self.fee - 0.1*self.fee
    print(f'折扣後{self.fee}元')

先試試看上面的程式，建立john實體：

john = Member('John','Tyler',2322,1500)
john.get_discount()
john.info()

會得到下面的結果：

不同等級的會員

我們可以再延伸下去，替會員增加不同等級（一般卡、銀卡、金卡會員）。

一般卡、銀卡與金卡會員都繼承於Member類別。其中一般卡（NormalMember）另外加上info方法。銀卡（SilverMember）與金卡會員（GoldenMember）除了加上info方法外，還修改從Member類別繼承來的get_discount方法。

class GoldenMember(Member):
  def get_discount(self):
    self.fee = self.fee - 0.3*self.fee
    print(f'折扣後{self.fee}元')
  def info(self):
    super().info()
    print("您是金卡會員")
class SilverMember(Member):
  def get_discount(self):
    self.fee = self.fee - 0.2*self.fee
    print(f'折扣後{self.fee}元')
  def info(self):
    super().info()
    print("您是銀卡會員")
class NormalMember(Member):
  def info(self):
    super().info()
    print("您是我們的會員")

執行上面的程式碼之後，可以得到下面的結果：

結語

使用Python繼承的目的是為了要讓程式碼更容易規劃與維護，透過這種方式讓我們寫的程式碼可以更加的DRY，達到簡潔的目的。