什么是鸭子类型

1. 简介

“鸭子测试”是一种口语化的推理形式，通常用来表示一个人只需观察未知事物的独特特征就能识别它：

If it looks like a duck, swims like a duck, and quacks like a duck, then it probably is a duck.

这种推理并不总是正确的，但它经常在很多情况下使用，包括鸭子类型。

更准确地说，在计算机编程和类型理论中，鸭子类型是一种类型技术，其中对象被赋予一种类型当且仅当它定义了该类型所需的所有属性。

在本教程中，我们将扩展上述定义，并通过一些示例了解鸭子类型是什么。

2. 定义和示例

我们上面看到的“鸭子类型”解释在类型论中是合理的,然而，它有更简单、更直观的定义。换句话说，鸭子类型意味着我们根据对象能做什么来定义它，而不是根据它是什么。对象的类型在这里并不重要，它的结构也不重要：我们唯一感兴趣的是对象能做什么。

更正式地说，鸭子类型语言在编译时或运行时都不会执行任何类型检查。相反，它会在运行时尝试调用指定的方法。如果成功，那就很好。否则，它会抛出某种形式的运行时错误。

让我们看一个鸭子类型语言Python中的例子：

class Duck:
    def swim(self):
        print("The duck is swimming")

    def fly(self):
        print("The duck is flying")
        
class Pelican:
    def swim(self):
        print("The pelican is swimming")

    def fly(self):
        print("The pelican is flying")
        
class Penguin:
    def swim(self):
        print("The penguin is swimming")
        
        
duck = Duck()
pelican = Pelican()
penguin = Penguin()

duck.swim()
duck.fly()

pelican.swim()
pelican.fly()

penguin.swim()
penguin.fly()

在上面的例子中，我们定义了三个不同的类：Duck、Pelican和Penguin，并分别实现了fly和swim的方法。然而，Penguin不会飞。因此，我们的Penguin类不会实现任何fly()方法。

在类定义之后，我们为每个类创建了一个实例，并在每个实例上调用swim()和fly()方法，输出如下：

The duck is swimming
The duck is flying
The pelican is swimming
The pelican is flying
The penguin is swimming
Traceback (most recent call last):
  File "main.py", line 31, in <module>
    penguin.fly()
AttributeError: 'Penguin' object has no attribute 'fly'

输出清晰地展现了鸭子类型的作用，Python中没有编译器预先告诉我们penguin.fly()是一个错误。相反，我们在运行时会得到一个AttributeError。

2.1 多态性

简而言之，“多态性”的意思是“具有多种形态”。在类型论和计算机科学中，多态性是编程语言的一种属性，允许我们使用一个符号来表示多种类型。换句话说，当需要超类型时，我们可以使用子类型的实例。

让我们看一个Java中的例子：

interface SwimmingAnimal {
    public void swim();
}

class Duck implements SwimmingAnimal {
    @Override
    public void swim() {
        System.out.println("The duck is swimming");
    }
}

public class Main {
    public static void test(SwimmingAnimal sa) {
        sa.swim();
    }

    public static void main(String[] args) {
        test(new Duck());
    }
}

在上面的例子中，test()方法输入了一个SwimmingAnimal类型的参数。因此，我们可以创建一个Duck的实例(实现了SwimmingAnimal接口)，并将其作为test()的参数。

鸭子类型是多态性的一种形式，正如我们上面所见，它允许我们交替使用不同类型的对象，前提是它们实现了某些行为(也就是它们的接口)。它与其他形式的多态性(例如Java的多态性)的主要区别在于，对象不必继承自相同的超类/接口。

3. 鸭子类型的优缺点

正如我们上面所看到的，在鸭子类型语言中，我们没有编译器在运行代码之前用类型标记表达式。这有几个优点，但也是有代价的：

4. 适用性

一般来说，鸭子类型对于原型设计和脚本编写非常有用。如果我们编写的应用程序是一个简单的脚本，那么在代码中不显式地定义类型可以加快开发过程(同样，代价是增加了运行时错误的风险)。对于原型设计也是如此：概念验证的实现可能会避开类型的形式化，而专注于解决特定问题的业务逻辑。

鸭子类型另一个相关的应用是序列化/反序列化，例如，为每个JSON对象定义类型可能很麻烦，鸭子类型让我们假设发送/接收的对象存在某些属性，从而简化代码。

5. 总结

在本文中，我们深入探讨了鸭子类型，并从不同的角度对其进行了定义。此外，我们还通过代码示例演示了它的工作原理及其优缺点。最后，我们探讨了鸭子类型与多态性之间的关系。