guxh的python笔记七：抽象基类

1，鸭子类型和白鹅类型

1.1，白鹅类型

白鹅类型对接口有明确定义，比如不可变序列（Sequence），需要实现__contains__，__iter__，__len__，__getitem__，__reversed__，index，count。

对于其中的抽象方法，子类在继承时必须具体化，其余非抽象方法在继承时可以自动获得，Sequence序列必须具体化的抽象方法是__len__和__getitem__。

from collections import abc

class Foo(abc.Sequence):

    def __init__(self, components):
        self._components = components

    def __getitem__(self, item):
        return self._components[item]

    def __len__(self):
        return len(self._components)

Foo通过继承abc.Sequence，明确了自己的身份，明确了自己需要实现哪些方法，并且会自动获得哪些方法， 这样的正式继承即为白鹅类型。

Foo的实例就是正式的Sequence类了，可以通过isinstance检查，可以使用自己创建的抽象方法，可以使用继承抽象基类获得的方法：

f = Foo(list('abcde'))
print(isinstance(f, abc.Sequence))   # 结果True
print(f[0])   # 'a'，__getitem__
print(len(f))   # 5，__len__
print('b' in f)   # True，__contains __
for i in f:   # __iter__
　　print(i)
print(list(reversed(f)))  # ['e', 'd', 'c', 'b', 'a'], __reversed__
print(f.count('a'))  # 1, count
print(f.index('a'))  # 0, index

1.2，鸭子类型

鸭子类型没有明确的接口，只是遵循了一定的协议，比如python序列协议只需要实现__len__和__getitem__方法，对于序列，这点鸭子类型和白鹅类型中Sequence抽象基类的要求相同，但白鹅类型Sequence继承后能够自动获得抽象基类的方法，而鸭子类型不会有这些方法：

class Foo:

    def __init__(self, components):
        self._components = components

    def __getitem__(self, item):
        return self._components[item]

    def __len__(self):
        return len(self._components)

Foo自己实现的2个方法可以用：

print(f[0])   # 'a'， __getitem__
print(len(f))   # 5， __len__

Foo自己没有实现的3个方法不可用：

print(list(reversed(f)))  # error
print(f.count('a'))  # error
print(f.index('a'))  # error

下面2个自己没实现的方法也可以用，为什么呢？原因是python发现某些特殊方法没有实现时，会自动尝试调用其他特殊方法：

print('b' in f)   # 可以用，python的in测试会依次尝试调用__contains__，__iter__，__getitem__
for i in f:   # 可以用，python的迭代会依次尝试调用__iter__，__getitem__
　　print(f)

另外鸭子类型的Foo，无法通过isinstance检查：

print(isinstance(f, abc.Sequence))   # 结果False

2，抽象基类

抽象基类的主要作用：1）作为超类定义接口；2）isinstance检查；3）注册：不子类化就声明实现接口；4）自动识别：不注册/不子类化就让抽象基类能够识别虚拟子类。

猴子补丁：运行时修改类，不改变源码，FrenchDeck.__setitem__ = set_card，例如给FrenchDeck类补上set_card()方法。

2.1，自己定义抽象基类 - abc

自定义抽象基类需要继承abc.ABC（不继承无法约束子类必须实现抽象方法），并且用@abc.abstractmethod装饰抽象方法，抽象基类无法实例化。

子类在基础抽象基类时，必须将抽象方法实现，否则无法实例化。

import abc

class Tombola(abc.ABC):     # 继承abc.ABC

　　@abc.abstractmethod       # 声明抽象方法
　　def load(self):
　　　　"""这里是注释"""

　　def inspect(self):      # 非抽象方法
　　　　pass

2.2，内置抽象基类 - collections.abc

Iterable：__iter__

Container：__contains__

Sized：__len__

Sequence：不可变序列

Mapping：不可变映射

Set：不可变集合

MappingView

Callable、Hashable

Iterator、Iterable

可以通过对抽象基类实例化，来查看强制要求实现的抽象方法：

>>> import collections
>>> collections.Sequence()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Can't instantiate abstract class Sequence with abstract methods __getitem__, __len__

2.3，内置抽象基类 - numbers

Number：数基类

Complex：复数 = 实数 + 虚数

Real：实数 = 有理数 + 无理数

Rational：有理数 = 整数 + 分数

Intergral：整数

例如：判断浮点数可以用isinstance(obj, numbers.Real)

如果obj是bool，int，float，fractions.Fraction，或外部库（例如numpy）提供的非复数类型，都能返回True

用type(obj, float)则比较局限

2.4，内置抽象基类 — io

定义了IO处理相关的抽象基类

2.5，注册 — 让基类拥有虚拟子类

通过注册，可以不用继承，就建立基类和“虚拟子类”之间的关系。有二个关键点：

1）注册后，python会相信我们，直接让“虚拟子类”通过isinstance检查，也不会约束虚拟子类必须实现抽象方法。

2）“虚拟子类”不会从抽象基类获得任何方法和属性。

综上所述：为避免运行时出错，注册后我们应该手动让“虚拟子类”实现“基类”的所有方法。

注册方法一：装饰器（python3.3之后支持）

@Tombola.register   # 装饰器注册
class TomboList(list):
　　def load(self):
　　　　pass

注册方法二：标准调用语法

class TomboList(list):
　　def load(self):
　　　　pass

Tombola.register(TomboList)   # 标准调用语法注册

注册后，虚拟子类的实例化对象，就能够通过isinstance检查：

t = TomboList()
isintance(t, Tombola)   # True

对象注册后，如果缺少某些方法尚未实现，会报错提示

2.6，自动识别

抽象基类有个方法__subclasshook__，通过判断其他类是否具有一些特殊方法（失败返回NotImplement让虚拟子类继续判断），来识别其他类是不是自己的“虚拟子类”，例如：

class Struggle:
　　def __len__(self):
　　　　pass
s = Struggle()
isintance(s, abc.Sized)  # True

必须具有__subclasshook__的抽象基类才能提供该功能。

ps：自己建了个类，实现了collections.Sequence所有方法，但是无法通过collections.Sequence检查，collections.Sequence貌似没有实现该方法。