谈谈 python 面向对象中的多重继承

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· 2020-07-13

什么是多重继承

继承是面向对象编程的一个重要的方式，通过继承，子类就可以扩展父类的功能。和 c++ 一样，在 python 中一个类能继承自不止一个父类，这叫做 python 的多重继承（Multiple Inheritance ）。多重继承的语法与单继承类似。

class SubclassName(BaseClass1, BaseClass2, BaseClass3, ...):
pass

当然，子类所继承的所有父类同样也能有自己的父类，这样就可以得到一个继承关系机构图如下图所示：

钻石继承（菱形继承）问题

多重继承容易导致钻石继承（菱形继承）问题，关于为什么会叫做钻石继承问题，看下图就知道了：

在 python 中，钻石继承首先体现在父类方法的调用顺序上，比如若B和C同时重写了 A 中的某个方法时：

class A(object):
    def m(self):
        print("m of A called")

class B(A):
    def m(self):
        print("m of B called")

class C(A):
    def m(self):
        print("m of C called")

class D(B,C):
    pass

如果我们实例化 D 为 d ，然后调用 d.m() 时，会输出 "m of B called"，如果 B 没有重写 A 类中的 m 方法时：

class A(object):
    def m(self):
        print("m of A called")

class B(A):
    pass

class C(A):
    def m(self):
        print("m of C called")

class D(B,C):
    pass

此时调用 d.m 时，则会输出 "m of C called" , 那么如何确定父类方法的调用顺序呢，这一切的根源还要讲到方法解析顺序（Method Resolution Order，MRO），这一点我们等会再将。

钻石继承还有一个问题是，比如若 B 和 C 中的 m 方法也同时调用了 A 中的m方法时：

class A:
    def m(self):
        print("m of A called")

class B(A):
    def m(self):
        print("m of B called")
        A.m(self)

class C(A):
    def m(self):
        print("m of C called")
        A.m(self)

class D(B,C):
    def m(self):
        print("m of D called")
        B.m(self)
        C.m(self)

此时我们调用 d.m ，A.m 则会执行两次。

m of D called
m of B called
m of A called
m of C called
m of A called

这种问题最常见于当我们初始化 D 类时，那么如何才能避免钻石继承问题呢？

super and MRO

其实上面两个问题的根源都跟 MRO 有关，MRO(Method Resolution Order) 也叫方法解析顺序，主要用于在多重继承时判断调的属性来自于哪个类，其使用了一种叫做 C3 的算法，其基本思想时在避免同一类被调用多次的前提下，使用广度优先和从左到右的原则去寻找需要的属性和方法。当然感兴趣的同学可以移步：MRO介绍。

比如针对如下的代码：

>>> class F(object): pass
>>> class E(object): pass
>>> class D(object): pass
>>> class C(D,F): pass
>>> class B(D,E): pass
>>> class A(B,C): pass

当你打印 A.__mro__ 时可以看到输出结果为：

(<class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.E'>, <class '__main__.F'>, <class 'object'>)

如果我们实例化 A 为 a 并调用 a.m() 时，如果 A 中没有 m 方法，此时python 会沿着 MRO 表逐渐查找，直到在某个父类中找到m方法并执行。

那么如何避免顶层父类中的某个方法被执行多次呢，此时就需要super()来发挥作用了，super 本质上是一个类，内部记录着 MRO 信息，由于 C3 算法确保同一个类只会被搜寻一次，这样就避免了顶层父类中的方法被多次执行了，比如针对钻石继承问题 2 中的代码可以改为：

class A(object):
    def m(self):
        print("m of A called")

class B(A):
    def m(self):
        print("m of B called")
        super().m()

class C(A):
    def m(self):
        print("m of C called")
        super().m()

class D(B,C):
    def m(self):
        print("m of D called")
        super().m()

此时打印的结果就变成了：

m of D called
m of B called
m of C called
m of A called

结论

多重继承问题是个坑，很多编程语言中并没有多重继承的概念，毕竟它带来的麻烦比能解决的问题都要多，所以如果不是特别必要，还是尽量少用多重继承。如果你非要用，那你要好好研究下类的层次结构，至少要对 C3 算法具有一定的了解吧，比如弄懂下面的代码哪里出了问题？

>>> F=type('Food',(),{'remember2buy':'spam'})
>>> E=type('Eggs',(F,),{'remember2buy':'eggs'})
>>> G=type('GoodFood',(F,E),{})
# TypeError: Cannot create a consistent method resolution
# order (MRO) for bases Food, Eggs