今天起介紹物件導向程式的第二大支柱：繼承(Inheritance)。不過在正式開始前，先補充一下昨天的封裝本來要講卻漏掉的部分：

封裝保護層級(public vs private)總結

以下是筆者個人看法：

• 如果類別確定只有自己在用，那麼保護層級就較無所謂，屬性全部設定為公開未嘗不可。
• 專案不大，團隊成員不多時，也不一定要嚴格遵守封裝保護原則，將類別封得密密實實的。
• 但如果是較大型的專案，或者開發的類別要公開發布，那就一定得嚴格保護類別內的attributes，善加利用properties。

最簡單的繼承

• 猜想有耐心看到本篇的讀者，對繼承應該都有一定程度了解。不過筆者還是得「照表操課」，從基礎說起。
• 沿用之前的Tree類別，假設我們必須將樹再區分為闊葉樹(hardwood)和針葉樹(conifer)兩種。它們都是樹，但有以下不同特性(註1)：
  • 闊葉樹通常是落葉植物，所以有開始落葉和全部脫落的日期屬性，即幾月開始落葉，幾月完全脫落；而針葉樹通常是常綠植物，並無落葉期屬性。至於有部分針葉樹一年四季都會有一點點落葉，就不理算了。
  • 闊葉樹是開花的種子植物，所以會有花期屬性，即幾幾月開始開花，幾月花季結束；針葉樹是不開花的種子植物，不需花期屬性。
  • 針葉樹因商業價值較高，要增加市場價格屬性以及木材外銷交易等方法；而闊葉樹則無此屬性與方法。
• 針對以上分析，我們可以新增Hardwood和Conifer兩個類別(註2)，讓這兩個新增類別都歸屬於Tree。用物件導向語言來講，就是Hardwood和Conifer兩個類別都繼承自Tree。
• 有了繼承關係後，Tree通常稱為「父類別」(parent class, base class, super class)，而Hardwood和Conifer則是「子類別」(child class, derived class, sub class)。
• 子類別自動擁有父類別的屬性和方法。子類別也可以新增專屬於它自己的屬性及方法。
• 類別設計如下，子類別先不實作內容，看效果如何：

  class Tree():
      __count = 0         
  
      def __init__(self, breed: str, age: int, height: int):   # constructor
          self.__breed = breed
          self.__age = age
          self.__height = height
          Tree.__count += 1
  
      @classmethod
      @property
      def count(cls) -> int:
          '''The __count property(getter).'''
          return cls.__count
  
      @property
      def breed(self) -> str:
          '''The breed property(getter).'''
          return self.__breed
  
      @breed.setter
      def breed(self, breed: str):
          '''The breed property(setter).'''
          if not isinstance(breed, str):
              raise TypeError('樹種必須是字串。')
  
          breeds = {'cedar': (0, 5_000), 'oak': (0, 300), 
                    'beech': (0, 400), 'camphor': (0, 800), 
                    'maple': (0, 500), 'phoebe': (0, 2_000)}
          breed = breed.strip().lower()
          if breed not in breeds:
              raise Exception(f"樹種名稱'{breed}'不正確。")
          min_age = breeds.get(breed)[0]
          max_age = breeds.get(breed)[1]
          if self.__age < min_age or self.__age > max_age:
              raise Exception(f"新樹種名稱'{breed}'和其年齡不匹配。")
          self.__breed = breed
  
      @property
      def age(self) -> int:   
          '''The age property(getter).'''
          return self.__age
  
      @age.setter
      def age(self, age: int):
          '''The age property(setter).'''
          if isinstance(age, bool) or not isinstance(age, int):
              raise TypeError('樹齡必須是整數。')
          # 以下的條件判斷只是「示意」，實際上該和breed一併考慮才對。
          if age > 15_000 or age < 0:
              raise Exception(f'樹齡數字{age}不合理。')
          self.__age = age
  
      @property
      def height(self) -> int:   
          '''The height property(getter).'''
          return self.__height
  
      @height.setter
      def height(self, height: int):
          '''The height property(setter).'''
          if isinstance(height, bool) or not isinstance(height, int):
              raise TypeError('樹高必須是整數。')
          if height > 200 or height < 1:
              raise Exception(f'樹高數字{height}不合理。')
          self.__height = height
  
      def show_info(self):
          print(f'{self.breed=:10}{self._age=:<10,}{self.height=:<10}')
  
  
  class Hardwood(Tree):   # 繼承自Tree類別(註3)。
      ...   # 暫不實作。
  
  
  class Conifer(Tree):    # 繼承自Tree類別。
      ...   # 暫不實作。
  

• 測試程式：

  def show_tree_info(breed: str, age: int, height: int):
      print(f'{breed=:12}{age=:<8,}{height=:<10,}')
  
  try:
      tree1 = Hardwood('maple', 60, 30)
      tree2 = Conifer('cedar', 1_500, 96)
  
      show_tree_info(tree1.breed, tree1.age, tree1.height)
      show_tree_info(tree2.breed, tree2.age, tree2.height)
      tree1.breed = 'camphor'   # 'camphor'是合法樹種名稱，應該賦值成功。
  except Exception as e:
      print(str(e))
  finally:
      print()
      show_tree_info(tree1.breed, tree1.age, tree1.height)
  

• 輸出：
  
• 如果試圖賦予不合法的樹種(breed)名稱：

  def show_tree_info(breed: str, age: int, height: int):
      print(f'{breed=:12}{age=:<8,}{height=:<10,}')
  
  try:
      tree1 = Hardwood('maple', 60, 30)
      tree2 = Conifer('cedar', 1_500, 96)
  
      show_tree_info(tree1.breed, tree1.age, tree1.height)
      show_tree_info(tree2.breed, tree2.age, tree2.height)
      tree1.breed = 'breadfruit'   # 'breadfruit'是不合法的樹種名稱。
  except Exception as e:
      print(str(e))
  finally:
      print()
      show_tree_info(tree1.breed, tree1.age, tree1.height)
  

• 父類別的Property breed發揮了攔阻作用，不合法的樹種名稱'breadfruit'無法寫入：
  
• 以上的code，子類別完全沒有實作自己的商業邏輯。它們之可以順利存取breed, age和height，原因是子類別透過繼承機制，取得了其父類別的「遺產」(註4)。這裡的遺產就是屬性(attributes and properties)和方法。

擴充子類別功能

• 剛才展示了最基本的繼承。不過如果子類別完全不實作，就毫無意義。好，現在讓我們實作兩個子類別的擴充功能。子類別重新設計如下：

  class Hardwood(Tree):
    # 這次子類別擁有自己的constructor了。
    def __init__(self, breed: str, age: int, height: int, defoliation: dict, puberty: dict):   # defoliation是落葉，puberty是開花期。
        super().__init__(breed, age, height)  # 呼叫父類別的constructor。
        self.defoliation = defoliation   # 子類別自己的屬性，暫設為public。
        self.puberty = puberty           # 子類別自己的屬性，暫設為public。
  
  class Conifer(Tree):
    def __init__(self, breed: str, age: int, height: int, price: int):
        super().__init__(breed, age, height)  # 呼叫父類別的constructor。
        self.price = price      # 子類別自己的屬性，暫設為public。
  
    def sell(self, seller: str, buyer) -> bool:   # 子類別自己的方法。
      ...   # 實作略
      print(f'{seller=:20}{buyer=:20}')
      return True
  

• 這次子類別有了自己的建構子。不過子類別一旦實作自己的建構子，其父類別的建構子就遭覆寫(overriding，或稱重寫)。為了不浪費父類別辛苦寫好的code，我們以super().__init__(breed, age, height)這行來手動呼叫父類別的建構子，super()代表父類別。經過手動呼叫，父類別的建構子就可以為子類別「重用」(reuse)。
• 測試程式：

  try:
      tree1 = Hardwood('maple', 60, 30, {'start': 'Oct', 'end': 'Feb'}, {'start': 'May', 'end': 'Jul'})
      tree2 = Conifer('cedar', 1_500, 96, 2_500)
  
      print(f"{tree1.breed=:12}{tree1.age=:<8}{tree1.height=:<10,}\n{tree1.defoliation['start']=:8}{tree1.defoliation['end']=:8}\n{tree1.puberty['start']    =:8}{tree1.puberty['end']    =:8}")
      print()
      print(f"{tree2.breed=:12}{tree2.age=:<8}{tree2.height=:<10,}\n{tree2.price=:<10}")
      print('呼叫tree2.sell()：')
      tree2.sell('Alex', 'Mirror')
  except Exception as e:
      print(str(e))
  

• 輸出：
  
• 現在兩個子類別都成功擁有(或稱重用)其父類別Tree的資源和商業邏輯，同時也建立了自己的小家庭。

註1: 本系列文章目的是物件導向程式設計介紹，並非植物學研究。像闊葉樹和針葉樹實際的不同特性，當然不會像本文說的那麼絕對。請讀者不要在這方面挑筆者的骨頭。

註2: 按PEP 8規範，類別的命名建議使用Pascal Case方式(詳見本系列Day 4文)，所以是Hardwood和Conifer而非hardwood和conifer。另外，hardwood是單字，不能作HardWood。

註3: 無繼承時，類別名稱後可不加小括號()。有繼承時則一定要有()，裡面的參數是其父類別。
筆者習慣即使是無繼承，類別名稱的後面也加上()，以保持和有繼承時的語法一致，也和函數語法一致。函數沒有參數時不也要加小括號？

註4: 「遺產」一詞只是筆者一時興起的比喻，實際上子類別可是「椿萱並茂」。