Python中的abc模块

Python·语法 2019-02-05 3758 字 13 浏览 点赞

前言

《抽象基类(ABC)》中,基于C++讲述抽象基类。尽管Python设计上以鸭子类型为主,但仍有抽象基类(ABC)的一席之地,它被封装在了abc模块中供程序员使用。

abc模块有以下两个主要功能:

  • 某种情况下,判定某个对象的类型,如:isinstance(a, Sized)
  • 强制子类必须实现某些方法,即ABC类的派生类

判断类型

当我们判断一个对象是否存在某个方法时,可以使用内置方法hasattr()

class A(object):
    def __len__(self):
        pass

if __name__ == "__main__":
    a = A()
    print("存在__len__方法" if hasattr(a, "__len__") else "没有__len__方法")

# 输出:
存在__len__方法

但在Python中,使用hasattr()并非优雅解法,这里建议isinstance()。

abc模块中定义了Sized类,利用Sized可以判断一个对象里是否存在__len__方法,即:可否对这个对象使用len()函数。

from collections.abc import Sized

class A(object):
    def __len__(self):
        pass

if __name__ == "__main__":
    a = A()
    print("存在__len__方法" if isinstance(a, Sized) else "没有__len__方法")

# 输出:
存在__len__方法

isinstance实现原理

让我们看看Sized类的源码:

class Sized(metaclass=ABCMeta):

    __slots__ = ()

    @abstractmethod
    def __len__(self):
        return 0

    @classmethod
    def __subclasshook__(cls, C):
        if cls is Sized:
            return _check_methods(C, "__len__")
        return NotImplemented

Sized类改写了__subclasshook__魔法方法,使其可以通过isinstance()判断对象是否含有__len__方法。同时,这个类必须基于元类abc.ABCMeta。我们也可以依葫芦画瓢,实现一个用来判断对象是否存在greet()函数的类,尽管并不严谨:

import abc

class A(metaclass=abc.ABCMeta):
    @classmethod
    def __subclasscheck__(cls, subclass):
        # 存在greet()返回True,不存在返回False
        if hasattr(subclass, "greet"):
            return True
        return False

class B(object):
    def greet(self):  # 定义了greet()方法
        pass

class C(object):  # 没有greet()方法
    pass

class D(B):  # 继承自B类,因此继承了greet()方法
    pass

if __name__ == "__main__":
    b = B()
    c = C()
    d = D()

    print(isinstance(b, A))  # True
    print(isinstance(c, A))  # False
    print(isinstance(d, A))  # True

注意,此时A类可以被实例化,因为它还不是抽象基类。

实现ABC类

C++中利用纯虚函数实现抽象基类,Python中写法如下:

import abc

class A(metaclass=abc.ABCMeta):
    # 利用装饰器修饰greet()
    @abc.abstractmethod
    def greet(self):
        print("hell world")

if __name__ == "__main__":
    a = A()

解释器如期抛错:

TypeError: Can't instantiate abstract class A with abstract methods greet

这是因为A类现在就是一个抽象基类了,不可以被实例化,同时,它的子类还必须实现greet()方法,否则实例化子类时解释器也要报错:

import abc

class A(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod
    def greet(self):
        pass

class B(A):
    def greet(self):
        pass

class C(A):
    pass

if __name__ == "__main__":
    b = B()  # 正常实例化
    c = C()  # 解释器抛错

# 输出:
# C类中没有定义greet()方法导致的报错
Traceback (most recent call last):
  File "xxx", line xxx, in <module>
    c = C()
TypeError: Can't instantiate abstract class C with abstract methods greet

其他基类

abc模块中还有实现了其他抽象基类,可以用来判断类型或是继承方法,这里不做详述了:

__all__ = ["Awaitable", "Coroutine",
           "AsyncIterable", "AsyncIterator", "AsyncGenerator",
           "Hashable", "Iterable", "Iterator", "Generator", "Reversible",
           "Sized", "Container", "Callable", "Collection",
           "Set", "MutableSet",
           "Mapping", "MutableMapping",
           "MappingView", "KeysView", "ItemsView", "ValuesView",
           "Sequence", "MutableSequence",
           "ByteString",
           ]

文件所在路径:...lib\_collocetions_abc.py

总结

  • abc模块中定义的类兼顾了继承抽象基类与鸭子类型的设计方式。你既可以通过继承Sized来拥有__len__方法,此时instance(对象, Sized)返回True;也可以在自己设计的类中实现__len__instance(对象, Sized)仍然返回True。
  • 对抽象基类来说,需要用到装饰器@abc.abstractmethod;对于鸭子类型来说,需要重写__subclasshook__魔法方法。
  • 以上都是基于元类abc.ABCMeta实现的。顺便提醒,注意import abcfrom collections import abc各自的区别。


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