Полиморфизм в Python

В этой статье мы изучим полиморфизм, разные типы полиморфизма и рассмотрим на примерах как мы можем реализовать полиморфизм в Python.

Что такое полиморфизм?

В буквальном значении полиморфизм означает множество форм.

Полиморфизм — очень важная идея в программировании. Она заключается в использовании единственной сущности(метод, оператор или объект) для представления различных типов в различных сценариях использования.

Давайте посмотрим на пример:

Пример 1: полиморфизм оператора сложения

Мы знаем, что оператор + часто используется в программах на Python. Но он не имеет единственного использования.

Для целочисленного типа данных оператор + используется чтобы сложить операнды.

num1 = 1
num2 = 2
print(num1 + num2)

Итак, программа выведет на экран 3.

Подобным образом оператор + для строк используется для конкатенации.

str1 = "Python"
str2 = "Programming"
print(str1+" "+str2)

В результате будет выведено Python Programming.

Здесь мы можем увидеть единственный оператор + выполняющий разные операции для различных типов данных. Это один из самых простых примеров полиморфизма в Python.

Полиморфизм функций

В Python есть некоторые функции, которые могут принимать аргументы разных типов.

Одна из таких функций — len(). Она может принимать различные типы данных. Давайте посмотрим на примере, как это работает.

Пример 2: полиморфизм на примере функции len()

print(len("Programiz"))
print(len(["Python", "Java", "C"]))
print(len({"Name": "John", "Address": "Nepal"}))

Вывод:

9
3
2

Здесь мы можем увидеть, что различные типы данных, такие как строка, список, кортеж, множество и словарь могут работать с функцией len(). Однако, мы можем увидеть, что она возвращает специфичную для каждого типа данных информацию.

Полиморфизм в классах

Полиморфизм — очень важная идея в объектно-ориентированном программировании.

Чтобы узнать больше об ООП в Python, посетите эту статью: Python Object-Oriented Programming.

Мы можем использовать идею полиморфизма для методов класса, так как разные классы в Python могут иметь методы с одинаковым именем.

Позже мы сможем обобщить вызов этих методов, игнорируя объект, с которым мы работаем. Давайте взглянем на пример:

Пример 3: полиморфизм в методах класса

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

    def info(self):
        print(f"I am a cat. My name is {self.name}. I am {self.age} years old.")

    def make_sound(self):
        print("Meow")


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

    def info(self):
        print(f"I am a dog. My name is {self.name}. I am {self.age} years old.")

    def make_sound(self):
        print("Bark")


cat1 = Cat("Kitty", 2.5)
dog1 = Dog("Fluffy", 4)

for animal in (cat1, dog1):
    animal.make_sound()
    animal.info()
    animal.make_sound()

Вывод:

Meow
I am a cat. My name is Kitty. I am 2.5 years old.
Meow
Bark
I am a dog. My name is Fluffy. I am 4 years old.
Bark

Здесь мы создали два класса Cat и Dog. У них похожая структура и они имеют методы с одними и теми же именами info() и make_sound().

Однако, заметьте, что мы не создавали общего класса-родителя и не соединяли классы вместе каким-либо другим способом. Даже если мы можем упаковать два разных объекта в кортеж и итерировать по нему, мы будем использовать общую переменную animal. Это возможно благодаря полиморфизму.

Полиморфизм и наследование

Как и в других языках программирования, в Python дочерние классы могут наследовать методы и атрибуты родительского класса. Мы можем переопределить некоторые методы и атрибуты специально для того, чтобы они соответствовали дочернему классу, и это поведение нам известно как переопределение метода(method overriding).

Полиморфизм позволяет нам иметь доступ к этим переопределённым методам и атрибутам, которые имеют то же самое имя, что и в родительском классе.

Давайте рассмотрим пример:

Пример 4: переопределение метода

from math import pi


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

    def area(self):
        pass

    def fact(self):
        return "I am a two-dimensional shape."

    def __str__(self):
        return self.name


class Square(Shape):
    def __init__(self, length):
        super().__init__("Square")
        self.length = length

    def area(self):
        return self.length**2

    def fact(self):
        return "Squares have each angle equal to 90 degrees."


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

    def area(self):
        return pi*self.radius**2


a = Square(4)
b = Circle(7)
print(b)
print(b.fact())
print(a.fact())
print(b.area())

Вывод:

Circle
I am a two-dimensional shape.
Squares have each angle equal to 90 degrees.
153.93804002589985

Здесь мы можем увидеть, что такие методы как __str__(), которые не были переопределены в дочерних классах, используются из родительского класса.

Благодаря полиморфизму интерпретатор питона автоматически распознаёт, что метод fact() для объекта a(класса Square) переопределён. И использует тот, который определён в дочернем классе.

С другой стороны, так как метод fact() для объекта b не переопределён, то используется метод с таким именем из родительского класса(Shape).

Заметьте, что перегрузка методов(method overloading) — создание методов с одним и тем же именем, но с разными типами аргументов не поддерживается в питоне.