Python中的對象行為與特殊方法(二)類型檢查與抽象基類

類型檢查

創建類的實例時，該實例的類型為類本身：

class Foo(object):
    pass

f = Foo()

要測試實例是否屬於某個類，可以使用type()內置函數：

>>> type(f) == Foo
True

當然，python中不建議如此檢查，更好的辦法是使用內置類型檢查函數isinstance(obj, cls)：

>>> isinstance(f, Foo)
True

同樣的，內置函數issubclass(cls1, cls2)可以用做子類的檢查：

class SubFoo(Foo):
    pass

>>> issubclass(SubFoo, Foo)
True

這兩個內置函數的第二個參數可以是一個單獨的類，也可以是幾個類的元組：

>>> isinstance(1, (str, int))
True

以下兩個特殊方法可用於重新定義這兩個內置函數：

__instancecheck__(cls, obj)

__subclasscheck__(cls, subcls)

鴨子類型

python是門動態語言，調用對象的時候是不用考慮對象的類型的，而只需要對象有某些特定的屬性或者行為即可，也就是鴨子類型。

為了保持程式的鬆散耦合，我們可以不用繼承，而只是模仿一些對象的行為：

class File(object):
    def open(self):
        print 'open File'


class FileLike(object):
    def open(self):
        print 'open FileLike'

        
def foo(f):
    f.open()

只要定義了open()方法的實例，就可以作為函數foo()的參數：

>>> f = File()
>>> fl = FileLike()
>>> foo(f)
open File
>>> foo(fl)
open FileLike

當我們測試對象是否可以作為foo()的參數時，要同時進行兩次isinstance()類型檢查，如果類型更多的話呢？

現在我們可以將File和FileLike分組並對其進行一次類型檢查：

class FileLikeClass(object):
    def __init__(self):
        self.reg = set()
        
    def register(self, cls):
        self.reg.add(cls)

    def __instancecheck__(self, obj):
        return self.__subclasscheck__(type(obj))

    def __subclasscheck__(self, subcls):
        return any(cls in self.reg for cls in subcls.mro())


flc = FileLikeClass()
flc.register(File)
flc.register(FileLike)

上述代碼使用FileLikeClass創造一個對象，將要檢查的類型放入對象的一個集合屬性中，然後重新定義__instancecheck__(cls, obj)與__subclasscheck__(cls, subcls)方法，

進行子類檢查時，會檢查子類及子類的基類是否在集合中，進行類型檢查時，會檢查對象的類型是否是集合中的類的子類：

>>> f = File()
>>> isinstance(f, flc)
True
>>> fl = FileLike()
>>> isinstance(fl, flc)
True

當然，python提供了一種更正式的機制來分組對象，定義介面併進行類型檢查----抽象基類

抽象基類

要定義抽象基類，需要使用abc模塊，該模塊定義一個元類(ABCMeta)和兩個裝飾器(@abstractmethod，抽象方法)與(@abstractproperty， 抽象特性)，使用方法如下：

from abc import ABCMeta, abstractmethod, abstractproperty

class AbsFile(object):
    __metaclass__ = ABCMeta

    @abstractmethod
    def open(self):
        pass

抽象基類就是定義各種方法而不做具體實現的類，抽象基類是無法實例化的：

>>> AbsFile()
TypeError: Can't instantiate abstract class AbsFile with abstract methods open

任何繼承自抽象基類的類也必須實現這些方法，否則無法實例化：

class File(AbsFile):
    pass

實例化失敗：

>>> File()
TypeError: Can't instantiate abstract class File with abstract methods open

需定義open方法：

class File(AbsFile):
    def open(self):
        print 'open File'

當然抽象基類中也可以對抽象方法進行具體實現，在子類中可以通過super()來調用：

class AbsFile(object):
    __metaclass__ = ABCMeta

    @abstractmethod
    def open(self):
        print 'open AbsFile'
    

class File(AbsFile):
    def open(self):
        super(File, self).open()
        print 'open File'

實例化：

>>> File().open()
open AbsFile
open File

如果只想執行類型檢查的話，可以使用register()方法：

from abc import ABCMeta, abstractmethod, abstractproperty

class AbsFile(object):
    __metaclass__ = ABCMeta

    @abstractmethod
    def open(self):
        pass
    

class File(object):
    pass

AbsFile.register(File)

向抽象基類註冊某個類時，是不會檢查該類是否實現了抽象基類的抽象方法或者特性的，只會影響類型檢查：

>>> f = File()
>>> isinstance(f, AbsFile)
True

python的collections模塊定義了與序列，集合和字典有關的各種抽象基類，numbers模塊定義了與數字有關的抽象基類。