关于如何在Python中使用静态、类或抽象方法的权威指南

Python中方法的工作方式

方法是存储在类属性中的函数，你可以用下面这种方式声明和访问一个函数

    >>> class Pizza(object):
    ...     def __init__(self, size):
    ...         self.size = size
    ...     def get_size(self):
    ...         return self.size
    ...
    >>> Pizza.get_size
    <unbound method Pizza.get_size>

Python在这里说明了什么？Pizza类的属性get_size是unbound(未绑定的)，这代表什么含义?我们调用一下就明白了:

    >>> Pizza.get_size()
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: unbound method get_size() must be called with Pizza instance as first argument (got nothing instead)

我们无法调用它(get_size)，因为它没有绑定到Pizza的任何实例上，而且一个方法需要一个实例作为它的第一个参数(Python2中必须是类的实例，Python3没有这个强制要求)，让我们试一下:

    >>> Pizza.get_size(Pizza(42))
    42

我们使用一个实例作为这个方法的第一个参数来调用它，没有出现任何问题。但是如果我说这不是一个方便的调用方法的方式，你将会同意我的观点。我们每次调用方法都要涉及(这里我理解是引用)类

来看Python打算为我们做些什么，就是它从Pizza类中绑定所有的方法到这个类的任何实例上。意思就是Pizza实例化后get_size这个属性是一个绑定方法，方法的第一个参数会是实例对象自己

    >>> Pizza(42).get_size
    <bound method Pizza.get_size of <__main__.Pizza object at 0x7f3138827910>>
    >>> Pizza(42).get_size()
    42

意料之中，我们不需要为get_size传任何参数，自从被绑定后，它的self参数会自动设置为Pizza实例，下面是一个更明显的例子:

    >>> m = Pizza(42).get_size
    >>> m()
    42

事实上是，你甚至不需要对Pizza引用，因为这个方法已经绑定到了这个对象

如果你想知道这个绑定方法绑定到了哪一个对象，这里有个快捷的方法:

    >>> m = Pizza(42).get_size
    >>> m.__self__
    <__main__.Pizza object at 0x7f3138827910>
    >>> # You could guess, look at this:
    ...
    >>> m == m.__self__.get_size
    True

明显可以看出，我们仍然保持对我们对象的引用，而且如果需要我们可以找到它

在Python3中，类中的函数不再被认为是未绑定的方法(应该是作为函数存在)，如果需要，会作为一个函数绑定到对象上，所以原理是一样的(和Python2)，只是模型被简化了

    >>> class Pizza(object):
    ...     def __init__(self, size):
    ...         self.size = size
    ...     def get_size(self):
    ...         return self.size
    ...
    >>> Pizza.get_size
    <function Pizza.get_size at 0x7f307f984dd0>

静态方法

静态方法一种特殊方法，有时你想把代码归属到一个类中，但又不想和这个对象发生任何交互:

    class Pizza(object):
        @staticmethod
        def mix_ingredients(x, y):
            return x + y

        def cook(self):
            return self.mix_ingredients(self.cheese, self.vegetables)

上面这个例子，mix_ingredients完全可以写成一个非静态方法，但是这样会将self作为第一个参数传入。在这个例子里，装饰器@staticmethod 会实现几个功能:

Python不会为Pizza的实例对象实例化一个绑定方法，绑定方法也是对象，会产生开销，静态方法可以避免这类情况

        >>> Pizza().cook is Pizza().cook
        False
        >>> Pizza().mix_ingredients is Pizza.mix_ingredients
        True
        >>> Pizza().mix_ingredients is Pizza().mix_ingredients
        True

简化了代码的可读性，看到@staticmethod我们就会知道这个方法不会依赖这个对象的状态(一国两制，高度自治)
允许在子类中重写mix_ingredients方法。如果我们在顶级模型中定义了mix_ingredients函数，继承自Pizza的类除了重写，否则无法改变mix_ingredients的功能

类方法

什么是类方法，类方法是方法不会被绑定到一个对象，而是被绑定到一个类中

     >>> class Pizza(object):
    ...     radius = 42
    ...     @classmethod
    ...     def get_radius(cls):
    ...         return cls.radius
    ...
    >>>
    >>> Pizza.get_radius
    <bound method type.get_radius of <class '__main__.Pizza'>>
    >>> Pizza().get_radius
    <bound method type.get_radius of <class '__main__.Pizza'>>
    >>> Pizza.get_radius == Pizza().get_radius
    True
    >>> Pizza.get_radius()
    42

无论以何种方式访问这个方法，它都会被绑定到类中，它的第一个参数必须是类本身(记住类也是对象)

什么时候使用类方法，类方法在以下两种场合会有很好的效果:
    1、工厂方法，为类创建实例，例如某种程度的预处理。如果我们使用@staticmethod代替，我们必须要在代码中硬编码Pizza(写死Pizza)，这样从Pizza继承的类就不能使用了

        class Pizza(object):
            def __init__(self, ingredients):
                self.ingredients = ingredients

            @classmethod
            def from_fridge(cls, fridge):
                return cls(fridge.get_cheese() + fridge.get_vegetables())

2、使用静态方法调用静态方法，如果你需要将一个静态方法拆分为多个，可以使用类方法来避免硬编码类名。使用这种方法来声明我们的方法Pizza的名字永远不会被直接引用，而且继承和重写方法都很方便

        class Pizza(object):
            def __init__(self, radius, height):
                self.radius = radius
                self.height = height

            @staticmethod
            def compute_area(radius):
                 return math.pi * (radius ** 2)

            @classmethod
            def compute_volume(cls, height, radius):
                 return height * cls.compute_area(radius)

            def get_volume(self):
                return self.compute_volume(self.height, self.radius)

抽象方法

抽象方法是定义在基类中的，可以是不提供任何功能代码的方法
在Python中简单的写抽象方法的方式是:

    class Pizza(object):
        def get_radius(self):
            raise NotImplementedError

继承自Pizza的类都必须要实现并重写get_redius，否则就会报错

这种方式的抽象方法有一个问题，如果你忘记实现了get_radius，只有在你调用这个方法的时候才会报错

    >>> Pizza()
    <__main__.Pizza object at 0x7fb747353d90>
    >>> Pizza().get_radius()
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
      File "<stdin>", line 3, in get_radius
    NotImplementedError

使用python的abc模块可以是这个异常被更早的触发

    import abc

    class BasePizza(object):
        __metaclass__  = abc.ABCMeta

        @abc.abstractmethod
        def get_radius(self):
             """Method that should do something."""

使用abc和它的特殊类，如果你尝试实例化BasePizza或者继承它，都会得到TypeError错误

    >>> BasePizza()
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    TypeError: Can't instantiate abstract class BasePizza with abstract methods get_radius

备注:我使用Python3.6实现的代码　　

    In [8]: import abc
       ...:
       ...: class BasePizza(abc.ABC):
       ...:
       ...:     @abc.abstractmethod
       ...:     def get_radius(self):
       ...:          """:return"""
       ...:

    In [9]: BasePizza()
    ---------------------------------------------------------------------------
    TypeError                                 Traceback (most recent call last)
    <ipython-input-9-70b53ea21e68> in <module>()
    ----> 1 BasePizza()

    TypeError: Can't instantiate abstract class BasePizza with abstract methods get_radius

混合静态，类和抽象方法

当需要创建类和继承时，如果你需要混合这些方法装饰器，这里有一些小窍门建议给你
记住要将方法声明为抽象，不要冻结这个方法的原型。意思是它(声明的方法)必须要执行，但是它在执行的时候，参数不会有任何限制

        import abc

        class BasePizza(object):
            __metaclass__  = abc.ABCMeta

            @abc.abstractmethod
            def get_ingredients(self):
                 """Returns the ingredient list."""

        class Calzone(BasePizza):
            def get_ingredients(self, with_egg=False):
                egg = Egg() if with_egg else None
                return self.ingredients + egg

这样是有效的，因为Calzone实现了我们为BasePizza定义的接口要求，这意味着我们也可以将它实现为一个类或者静态方法，例如:

        import abc

        class BasePizza(object):
            __metaclass__  = abc.ABCMeta

            @abc.abstractmethod
            def get_ingredients(self):
                 """Returns the ingredient list."""

        class DietPizza(BasePizza):
            @staticmethod
            def get_ingredients():
                return None

这也是正确的，它实现了抽要BasePizza的要求，事实上是get_ingredioents方法不需要知道对象返回的结果，
因此，你不需要强制抽象方法实现成为常规方法、类或者静态方法。在python3中，可以将@staticmethod和@classmethod装饰器放在@abstractmethod上面

        import abc

        class BasePizza(object):
            __metaclass__  = abc.ABCMeta

            ingredient = ['cheese']

            @classmethod
            @abc.abstractmethod
            def get_ingredients(cls):
                 """Returns the ingredient list."""
                 return cls.ingredients

和Java的接口相反，你可以在抽象方法中实现代码并通过super()调用它

        import abc

        class BasePizza(object):
            __metaclass__  = abc.ABCMeta

            default_ingredients = ['cheese']

            @classmethod
            @abc.abstractmethod
            def get_ingredients(cls):
                 """Returns the ingredient list."""
                 return cls.default_ingredients

        class DietPizza(BasePizza):
            def get_ingredients(self):
                return ['egg'] + super(DietPizza, self).get_ingredients()

在上面的例子中，继承BasePizza来创建的每个Pizza都必须重写get_ingredients 方法，但是可以使用super()来获取default_ingredients

本文翻译自:https://julien.danjou.info/guide-python-static-class-abstract-methods/