Python学习笔记之Python的多重继承和MixIn

多重继承

继承是面向对象编程的一个重要的方式，因为通过继承，子类就可以扩展父类的功能。

回忆一下Animal类层次的设计，假设我们要实现以下4种动物：

Dog - 狗狗；
Bat - 蝙蝠；
Parrot - 鹦鹉；
Ostrich - 鸵鸟。

如果按照哺乳动物和鸟类归类，我们可以设计出这样的类的层次：

但是如果按照“能跑”和“能飞”来归类，我们就应该设计出这样的类的层次：

如果要把上面的两种分类都包含进来，我们就得设计更多的层次：

哺乳类：能跑的哺乳类，能飞的哺乳类；
鸟类：能跑的鸟类，能飞的鸟类。

这么一来，类的层次就复杂了：

如果要再增加“宠物类”和“非宠物类”，这么搞下去，类的数量会呈指数增长，很明显这样设计是不行的。

正确的做法是采用多重继承。首先，主要的类层次仍按照哺乳类和鸟类设计：

class Animal(object):

    pass

# 大类:

class Mammal(Animal):

    pass

class Bird(Animal):

    pass

# 各种动物:

class Dog(Mammal):

    pass

class Bat(Mammal):

    pass

class Parrot(Bird):

    pass

class Ostrich(Bird):

    pass

现在，我们要给动物再加上Runnable和Flyable的功能，只需要先定义好Runnable和Flyable的类：

class Runnable(object):

    def run(self):

        print('Running...')

class Flyable(object):

    def fly(self):

        print('Flying...')

对于需要Runnable功能的动物，就多继承一个Runnable，例如Dog：

class Dog(Mammal, Runnable):

    pass

对于需要Flyable功能的动物，就多继承一个Flyable，例如Bat：

class Bat(Mammal, Flyable):

    pass

通过多重继承，一个子类就可以同时获得多个父类的所有功能。

MixIn

在设计类的继承关系时，通常，主线都是单一继承下来的，例如，Ostrich继承自Bird。但是，如果需要“混入”额外的功能，通过多重继承就可以实现，比如，让Ostrich除了继承自Bird外，再同时继承Runnable。这种设计通常称之为Mixin。

为了更好地看出继承关系，我们把Runnable和Flyable改为RunnableMixin和FlyableMixin。类似的，你还可以定义出肉食动物CarnivorousMixin和植食动物HerbivoresMixin，让某个动物同时拥有好几个Mixin：

class Dog(Mammal, RunnableMixin, CarnivorousMixin):

    pass

Mixin的目的就是给一个类增加多个功能，这样，在设计类的时候，我们优先考虑通过多重继承来组合多个Mixin的功能，而不是设计多层次的复杂的继承关系。

Python自带的很多库也使用了Mixin。举个例子，Python自带了TCPServer和UDPServer这两类网络服务，而要同时服务多个用户就必须使用多进程或多线程模型，这两种模型由ForkingMixin和ThreadingMixin提供。通过组合，我们就可以创造出合适的服务来。

比如，编写一个多进程模式的TCP服务，定义如下：

class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixin):

    pass

编写一个多线程模式的UDP服务，定义如下：

class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixin):

    pass

如果你打算搞一个更先进的协程模型，可以编写一个CoroutineMixin：

class MyTCPServer(TCPServer, CoroutineMixin):

    pass

这样一来，我们不需要复杂而庞大的继承链，只要选择组合不同的类的功能，就可以快速构造出所需的子类。

小结

由于Python允许使用多重继承，因此，Mixin就是一种常见的设计。

只允许单一继承的语言（如Java）不能使用Mixin的设计。

和多重继承类似（其实可以把 Mixin 看作多重继承的一种在特定场景下的应用），但通常混入 Mixin 的类和 Mixin 类本身不是 is-a 的关系，混入 Mixin 类是为了添加某些（可选的）功能。自由地混入 Mixin 类就可以灵活地为被混入的类添加不同的功能。

为了解决多重继承的问题，Java引入了接口（interface）技术，Lisp、Ruby引入了 Mix-in 技术。

参考

参考1

参考2