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Python基礎(chǔ)之接口——從協(xié)議到抽象基類

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摘要：本文重點(diǎn)協(xié)議是中非正式的接口了解抽象基類的基本概念以及標(biāo)準(zhǔn)庫中的抽象基類掌握抽象基類的使用方法。三抽象基類的使用通過繼承聲明抽象基類聲明抽象基類最簡單的方式是繼承或其他抽象基類注意在之間，繼承抽象基類的語法是。

導(dǎo)語：本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之面向?qū)ο笃闹攸c(diǎn)知識(shí)及個(gè)人心得，打算入門Python的朋友們可以來一起學(xué)習(xí)并交流。

本文重點(diǎn)：

1、協(xié)議是Python中非正式的接口；
2、了解抽象基類的基本概念以及標(biāo)準(zhǔn)庫中的抽象基類；
3、掌握抽象基類的使用方法。
一、協(xié)議的高度動(dòng)態(tài)本性 1、協(xié)議與接口的基本概念

協(xié)議：是Python中非正式的接口，是令Python這種動(dòng)態(tài)類型語言實(shí)現(xiàn)多態(tài)的方式。
接口：泛指實(shí)體把自己提供給外界的一種抽象化物（可以為另一實(shí)體），用以由內(nèi)部操作分離出外部溝通方法，使其能被內(nèi)部修改而不影響外界其他實(shí)體與其交互的方式。
類的接口：類實(shí)現(xiàn)或繼承的公開屬性（方法或數(shù)據(jù)屬性），包括特殊方法，如__getitem__或__add__。

2、協(xié)議是非正式的

協(xié)議是非正式的，只由文檔和約定定義，不具備強(qiáng)制性。
以序列協(xié)議為例，假設(shè)我們想實(shí)現(xiàn)迭代以及in運(yùn)算，通常需要__iter__和__contains__方法，但事實(shí)上只實(shí)現(xiàn)__getitem__方法也可以。原因在于當(dāng)Python發(fā)現(xiàn)沒有__iter__和__contains__可用時(shí)，會(huì)轉(zhuǎn)而調(diào)用__getitem__方法設(shè)法讓迭代和in運(yùn)算符可用。
小結(jié)：部分實(shí)現(xiàn)協(xié)議是有用的。

3、使用猴子補(bǔ)丁在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)協(xié)議

在運(yùn)行時(shí)修改類或模塊而不改動(dòng)源碼，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)協(xié)議接口的操作就是打猴子補(bǔ)丁。

二、抽象基類 1、基本概念

鴨子類型(duck typing)：不關(guān)注對(duì)象的類型，而是關(guān)注對(duì)象具有的行為(方法)。鴨子類型像多態(tài)一樣工作，但是沒有繼承。
在鴨子類型中，協(xié)議風(fēng)格的接口與繼承完全沒有關(guān)系，實(shí)現(xiàn)同一個(gè)協(xié)議的各個(gè)類是相互獨(dú)立的。

白鵝類型(goose typing)：只要cls是抽象基類，即cls的元類是abc.ABCMeta,就可以使用isinstance(obj,cls)。

抽象基類（abstract base class,ABC）：抽象基類就是類里定義了純虛成員函數(shù)的類。純虛函數(shù)只提供了接口，并沒有具體實(shí)現(xiàn)。抽象基類不能被實(shí)例化(不能創(chuàng)建對(duì)象)，通常是作為基類供子類繼承，子類中重寫虛函數(shù)，實(shí)現(xiàn)具體的接口。簡言之，ABC描述的是至少使用一個(gè)純虛函數(shù)的接口，從ABC派生出的類將根據(jù)派生類的具體特征，使用常規(guī)虛函數(shù)來實(shí)現(xiàn)這種接口。

2、標(biāo)準(zhǔn)庫中的抽象基類

（1）collections.abc中抽象基類
collections.abc模塊中各個(gè)抽象基類的UML類圖如下所示：

Iterable、 Container 和 Sized
各個(gè)集合應(yīng)該繼承這三個(gè)抽象基類， 或者至少實(shí)現(xiàn)兼容的協(xié)議。
Iterable 通過 __iter__ 方法支持迭代；
Container 通過__contains__ 方法支持 in 運(yùn)算符；
Sized 通過 __len__ 方法支持len() 函數(shù)。

Sequence、 Mapping 和 Set
這三個(gè)是主要的不可變集合類型， 而且各自都有可變的子類。

MappingView
在 Python 3 中， 映射方法 .items()、 .keys() 和 .values() 返回的對(duì)象分別是 ItemsView、 KeysView 和 ValuesView 的實(shí)例。 前兩個(gè)類還從 Set 類繼承了豐富的接口，涉及集合的全部運(yùn)算符。

Callable 和 Hashable
這兩個(gè)抽象基類與集合沒有太大的關(guān)系，只不過因?yàn)閏ollections.abc 是標(biāo)準(zhǔn)庫中定義抽象基類的第一個(gè)模塊， 而它們又太重要了，因此才把它們放到 collections.abc 模塊中。Callable 或 Hashable 的子類非常少見。這兩個(gè)抽象基類的主要作用是為內(nèi)置函數(shù) isinstance 提供支持,以一種安全的方式判斷對(duì)象能不能調(diào)用或散列。

Iterator
是 Iterable 的子類。

(2)numbers包中的數(shù)字塔
按照自上而下的線性結(jié)構(gòu)，Number是位于最頂端的超類，詳細(xì)排序如下：

Number

Complex

Real

Rational

Integral

例如，檢查一個(gè)數(shù)是否是整數(shù)，可以使用isinstance(x,numbers.Integral)。

三、抽象基類的使用 1、通過繼承聲明抽象基類

聲明抽象基類最簡單的方式是繼承abc.ABC或其他抽象基類：Class Student(abc.ABC)
注意：在Python3.0~3.3之間，繼承抽象基類的語法是：Class Student(metaclass=abc.ABCMeta)。

2、判斷子類是否符合接口定義

在定義抽象基類的子類時(shí)，子類需要將繼承的抽象基類中的抽象方法具體實(shí)現(xiàn)。

3、聲明虛擬子類實(shí)現(xiàn)抽象基類的接口

虛擬子類：指的是不通過繼承而利用注冊把一個(gè)類變成抽象基類的子類。
注冊虛擬之類的方式是調(diào)用register方法，語法是@抽象基類名稱.register。
經(jīng)注冊后的虛擬子類可以被issubclass和isinstance等函數(shù)識(shí)別，但是注冊的類不會(huì)從抽象基類中繼承任何方法或?qū)傩?。具體可通過類屬性__mro__查看類的真實(shí)繼承關(guān)系。

四、其它

1、抽象基類中聲明抽象類方法需要使用@abc.abstractmethod標(biāo)記，并且在@abc.abstractmethod和def之間不能有其他裝飾器。
2、內(nèi)省類的繼承關(guān)系的方法：
__subclasses__()：返回類的直接子類列表，不含虛擬子類。
__abcregistry：抽象基類獨(dú)有的屬性，是抽象類注冊的虛擬子類的弱引用。
3、__subclasshook__：令抽象基類識(shí)別沒有進(jìn)行子類化和注冊的類，此方法在abc.Sized中有應(yīng)用。

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