Python中的协议 、鸭子类型 、 抽象基类 、混入类

本篇文章探讨一下python中的几个概念:协议 、鸭子类型 、 抽象基类 、混入类。

一、协议

在python中,协议是一个或一组方法。例如,Python 的序列协议包含 lengetitem 两个方法, 上下文管理器协议包含 enterexit 两个方法(前者参见文章 《一文读懂python可迭代对象、迭代器和生成器》,后者参见文章《python中的上下文管理器和你所不了解的with》),此处不再赘述。

二、鸭子类型(duck typing)

多态的一种形式,在这种形式中,对象的类型无关紧要,只要实现了特定的协议即可。

举一个之前文章中的例子:

示例1

class Eg1:
    def __init__(self, text):
        self.text = text
        self.sub_text = text.split(' ')

    def __getitem__(self, index):
        return self.sub_text[index]

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

o1 = Eg1('Hello, the wonderful new world!')
print('长度:', len(o1))
for i in o1:
    print(i)

输出:

长度: 5
Hello,
the
wonderful
new
world!

示例1 中Eg1类 实现了 lengetitem两个方法,也就是实现了序列协议,那么它的表现就和序列类似。通过输出结果就能看出,Eg1的对象可以计算长度,也可以循环处理,这和正常的序列没什么不同。因此我们可以把Eg1称为一个鸭子类型,即 只关注它是否实现了相应的协议,不关注它的类型。

三、抽象基类

抽象基类就是定义各种方法而不做具体实现的类,任何继承自抽象基类的类必须实现这些方法,否则无法实例化。

那么抽象基类这样实现的目的是什么呢? 假设我们在写一个关于动物的代码。涉及到的动物有鸟,狗,牛。首先鸟,狗,牛都是属于动物的。既然是动物那么肯定需要吃饭,发出声音。但是具体到鸟,狗,牛来说吃饭和声音肯定是不同的。需要具体去实现鸟,狗,牛吃饭和声音的代码。概括一下抽象基类的作用:定义一些共同事物的规则和行为。

示例2

import abc
class Animal(abc.ABC):

    @abc.abstractmethod
    def eat(self):
"""吃的动作"""

    @abc.abstractmethod
    def voice(self):
"""叫的动作"""

class Dog(Animal):

    def eat(self):
        print('Dog eating....')
    def voice(self):
        print('wow....')


class Bird(Animal):

    def eat(self):
        print('Bird eating....')
    def voice(self):
        print('jiji....')


d = Dog()
d.eat()
d.voice()
b = Bird()
b.eat()
b.voice()

输出:

Dog eating....
wow....
Bird eating....
jiji....

示例2中定义了一个抽象基类 Animal,它包含两个抽象方法eat和voice,Dog和Bird都继承了Animal,并各自实现了具体的eat和voice方法。Dog和Bird在实例化之后调用相同的方法,但是却有不同的输出,这就是最简单的抽象基类的用法。

注意,自己定义的抽象基类要继承 abc.ABC(abc.ABC 是 Python 3.4 新增的类,python2的语法不是这样的)。抽象方法使用 @abstractmethod 装饰器标记,而且定义体中通常只有文档字符串。

除了继承,还有一种方法可以将类和抽象基类关联起来: 示例3,在示例2后面添加代码:

@Animal.register
class Cat(Animal):

    def eat(self):
        print('Cat eating....')
    def voice(self):
        print('miao....')

print(issubclass(Cat, Animal))

输出:

True

这种通过注册和抽象基类关联起来的类叫做虚拟子类,虚拟子类不会继承注册的抽象基类,而且任何时候都不会检查它是否符合抽象基类的接口,即便在实例化时也不会检查。为了避免运行时错误,虚拟子类要实现所需的全部方法。

抽象基类并不常用,但是在阅读源码的时候可能会遇到,因此还是要了解一下。

四、混入类(mixin class)

混入类是为代码重用而生的。从概念上讲,混入不定义新类型,只是打包方法,便于重用。混入类应该提供某方面的特定行为,只实现少量关系非常紧密的方法并且混入类绝对不能实例化。

在 Python 中没有把类声明为混入的正规方式,所以强烈推荐在名称中加入 ...Mixin 后缀。Django在这方面做的很好,举一个例子, ListView主要用于从数据库中获取多条记录,它的继承关系如下:

整个体系非常清晰,各个类的职责也非常明确,且类的职责从命名就可以读出。例如 ContextMixin 及其子类负责获取渲染模板所需的模板变量;MultipleObjectMixin 负责从数据库获取模型对应的多条数据;View 负责处理 HTTP 请求(如 get 请求,post 请求);TemplateResponseMixin 及其子类负责渲染模板。各个类组合在一起就构成了功能完整的 ListView。由此看出Django设计者充分采纳了一个类只负责一件事的设计理念(即单一责任原则),而且命名也是遵循一套统一的规范(...Mixin 后缀)。

好了,了解了这些概念对于python的使用和源码的阅读是非常有用的。希望能对你有帮助!

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原文发布于微信公众号 - Python中文社区(python-china)

原文发表时间:2018-05-24

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