Полиморфизм и абстрактные методы

Курс по Python ООП: https://stepik.org/a/116336

На этом занятии я хочу затронуть следующий важный вопрос ООП: что такое полиморфизм и как он реализуется на Python? Вначале вспомним, что

Полиморфизм – это возможность работы с совершенно разными объектами (языка Python) единым образом.

Кажется, пока не особо понятно? Поэтому давайте, как всегда, постигнем суть этого подхода на конкретном примере.

Вначале я продемонстрирую пример, где мы увидим один недостаток, который как раз исправляется с помощью полиморфизма. Предположим, у нас есть два класса Rectangle и Square:

class Rectangle:
    def __init__(self, w, h):
        self.w = w
        self.h = h
 
    def get_rect_pr(self):
        return 2*(self.w+self.h)
 
 
class Square:
    def __init__(self, a):
        self.a = a
 
    def get_sq_pr(self):
        return 4*self.a

И в них объявлены геттеры get_rect_pr() и get_sq_pr() для получения периметра соответствующих фигур: прямоугольника и квадрата. Далее, мы можем создать экземпляры этих классов и вывести в консоль значения периметров:

r1 = Rectangle(1, 2)
r2 = Rectangle(3, 4)
print(r1.get_rect_pr(), r2.get_rect_pr())
 
s1 = Square(10)
s2 = Square(20)
print(s1.get_sq_pr(), s2.get_sq_pr())

Все отлично, все работает. Но, теперь предположим, что все эти объекты помещаются в коллекцию:

geom = [r1, r2, s1, s2]

которую можно легко перебрать с помощью цикла for и где бы мы хотели получить значение периметра для каждой фигуры:

for g in geom:
    print(g.get_rect_pr())

Как вы понимаете, когда в цикле очередь дойдет до объекта s1, возникнет ошибка, т.к. в классе Square отсутствует метод get_rect_pr(). Конечно, зная, что в коллекции находятся объекты Rectangle и Square, можно было бы в цикле записать проверку:

for g in geom:
    if isinstance(g, Rectangle):
        print(g.get_rect_pr())
    else:
        print(g.get_sq_pr())

и все заработает. Но у такого кода мало гибкости и, например, при добавлении еще одного класса:

class Triangle:
    def __init__(self, a, b, c):
        self.a = a
        self.b = b
        self.c = c
 
    def get_tr_pr(self):
        return self.a + self.b + self.c

Получим снова ошибку:

t1 = Triangle(1,2,3)
t2 = Triangle(4,5,6)
geom = [r1, r2, s1, s2, t1, t2]

Конечно, в цикле for можно дополнительно проверить на соответствие классам Square и Triangle, но красоты и гибкости нашей программе это не придаст. Вот как раз здесь очень хорошо применим подход, который и называется полиморфизмом. Мы договоримся в каждом классе создавать методы с одинаковыми именами, например,

get_pr()

Тогда в цикле будем просто обращаться к этому методу и получать периметры соответствующих фигур:

for g in geom:
    print( g. get_pr() )

И это логично, так как каждая ссылка списка ведет на соответствующий объект класса и далее через нее происходит прямой вызов метода get_pr(). Это и есть пример полиморфизма, когда к разным объектам мы обращаемся через индекс единого списка geom (единый интерфейс), а затем, вызываем геттер get_pr() соответствующего объекта.

Мало того, мы можем сформировать этот список, сразу создавая в нем объекты соответствующих классов:

geom = [Rectangle(1, 2), Rectangle(3, 4),
        Square(10), Square(20),
        Triangle(1, 2, 3), Triangle(4, 5, 6)
        ]

Мне кажется, так программа выглядит несколько приятнее и читабельнее.

Абстрактные методы

Но у нашей реализации есть один существенный недостаток. Что если мы забудем в каком-либо классе определить метод get_pr(), например, в Triangle. Тогда, очевидно, программа приведет к ошибке. Как можно было бы этого избежать? Один из вариантов определить базовый класс для классов геометрических примитивов и в нем прописать реализацию геттера get_pr(), используемую по умолчанию, например, так:

class Geom:
    def get_pr(self):
        return -1

А все остальные классы унаследовать от него:

class Rectangle(Geom):
...
 
 
class Square(Geom):
...
 
 
class Triangle(Geom):
...

Теперь, после запуска программы, для треугольников будем получать значения -1.

Но и это не самое лучшее решение. Все же, нам бы хотелось, чтобы каждый дочерний класс имел бы обязательную реализацию метода get_pr(). Для этого в геттере get_pr() мы будем генерировать специальное исключение NotImplementedError, следующим образом:

class Geom:
    def get_pr(self):
        raise NotImplementedError("В дочернем классе должен быть переопределен метод get_pr()")

И если в каком-либо дочернем классе не будет определен метод get_pr(), то вызовется метод базового класса и выдаст ошибку NotImplementedError, которая будет сигнализировать о том, что метод не переопределен.

Запустим программу и действительно видим это сообщение при попытке вызвать get_pr() для объектов Triangle. Причем, видя ошибку NotImplementedError, мы понимаем, что она связана именно с необходимостью переопределения get_pr(), а не с чем-то другим. В этом плюс такого подхода.

В языках программирования методы, которые обязательно нужно переопределять в дочерних классах и которые не имеют своей собственной реализации называют абстрактными. Конечно, в языке Python нет чисто абстрактных методов. Здесь мы лишь выполнили имитацию их поведения, заставляя программиста определять геттер get_pr() в дочерних классах, самостоятельно генерируя исключение NotImplementedError.

Итак, из этого занятия я, думаю, вы поняли, что из себя представляет полиморфизм и как он реализуется на Python. Также узнали, как можно определять методы, которые ведут себя подобно абстрактным с необходимостью их переопределения в дочерних классах.

Курс по Python ООП: https://stepik.org/a/116336

Полиморфизм и абстрактные методы

Абстрактные методы

Видео по теме