面试题：Python类继承与多态 - 复杂场景应用

Question

假设你正在开发一个图形绘制系统，定义一个基类`Shape`，包含`draw`方法。创建`Circle`（圆形）、`Rectangle`（矩形）两个子类继承自`Shape`。`Circle`类需要有属性`radius`（半径），`Rectangle`类需要有属性`width`（宽）和`height`（高）。重写`draw`方法，在`Circle`的`draw`方法中打印出圆的面积公式计算结果（面积 = π * radius ** 2），在`Rectangle`的`draw`方法中打印出矩形的面积（面积 = width * height）。要求考虑到代码的规范性和可扩展性，简述这种设计中多态的优势以及如果要添加新的图形类（如三角形），代码应该如何修改。

Answer 1

代码实现

以下是Python代码示例：

import math


class Shape:
    def draw(self):
        pass


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

    def draw(self):
        area = math.pi * self.radius ** 2
        print(f"圆的面积: {area}")


class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def draw(self):
        area = self.width * self.height
        print(f"矩形的面积: {area}")

多态的优势

1. 可维护性：当图形绘制逻辑发生变化时，只需要修改对应子类的draw方法，而不会影响到其他类。例如，如果圆的面积计算方法有变动，只需修改Circle类中的draw方法，Rectangle类以及其他可能的子类不受影响。
2. 可扩展性：添加新的图形类非常方便，如添加三角形，只需要创建一个新的子类继承自Shape类，并重写draw方法即可，无需修改现有类的代码。这使得系统易于扩展以支持新的图形类型。
3. 代码复用：通过继承Shape基类，子类可以复用基类的通用属性和方法（在这个例子中虽然基类方法为空，但在更复杂场景下可能存在通用逻辑），提高了代码的复用性。

添加新图形类（如三角形）的修改方式

1. 创建新类：创建一个新的类Triangle继承自Shape类。
2. 添加属性：为Triangle类添加必要的属性，如底（base）和高（height）。
3. 重写draw方法：在Triangle类中重写draw方法，实现三角形面积的计算和打印（面积 = 0.5 * base * height）。

以下是添加Triangle类后的完整代码：

import math


class Shape:
    def draw(self):
        pass


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

    def draw(self):
        area = math.pi * self.radius ** 2
        print(f"圆的面积: {area}")


class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def draw(self):
        area = self.width * self.height
        print(f"矩形的面积: {area}")


class Triangle(Shape):
    def __init__(self, base, height):
        self.base = base
        self.height = height

    def draw(self):
        area = 0.5 * self.base * self.height
        print(f"三角形的面积: {area}")

这样就成功添加了一个新的图形类Triangle，并且整个系统的其他部分不需要做额外修改。