Python面向對象中super用法與MRO機制

来源:https://www.cnblogs.com/python960410445/archive/2019/12/14/12041014.html
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1. 引言 最近在研究django rest_framework的源碼，老是遇到super，搞得一團蒙，多番查看各路大神博客，總算明白了一點，今天做一點總結。 2. 為什麼要用super 1）讓代碼維護更加簡單 Python是一門面向對象的語言，定義類時經常用到繼承的概念，既然用到繼承就少不得要在子 ...


1. 引言

最近在研究django rest_framework的源碼，老是遇到super，搞得一團蒙，多番查看各路大神博客，總算明白了一點，今天做一點總結。

2. 為什麼要用super

1）讓代碼維護更加簡單

　　Python是一門面向對象的語言，定義類時經常用到繼承的概念，既然用到繼承就少不得要在子類中引用父類的屬性，我們可以通過“父類名.屬性名”的方式來調用，代碼如下：　　

class A:
    def fun(self):
        print('A.fun')

class B(A):
    def fun(self):
        A.fun(self)
        print('B.fun')

上述代碼中，我們在子類B中調用了父類A的方法，這時候如果我們改變了A類的類名也只需要在B類中修改一下就好了，但是如果有幾十上百個類繼承了A類呢？一旦A類類名改了，我們就要分別到那幾十上百個子類中修改，不但要改繼承時用到的A類名，調用A類方法時用到的A類名也要改，繁瑣的很，用super就好多了：

class A:
    def fun(self):
        print('A.fun')

class B(A):
    def fun(self):
        super().fun()
        print('B.fun')

這時候，就算A類類名改了，也只需要在子類聲明繼承關係時修改就好了，簡單得大多。

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2）解決多繼承帶來的重覆調用（菱形繼承）、查找順序（MRO）問題

上面說到的例子是單繼承，用“父類名.屬性”的方法調用出來代碼維護時繁瑣一點也並無不可，但Python是的繼承機制是多繼承，還是用這種方法來調用父類屬性就會就回帶來許多問題。假如有A、B、C、D這4個類，繼承關係如下，我們要在各子類方法中顯式調用父類的方法（姑且不考慮是否符合需求）：

在這裡插入圖片描述

用“父類名.屬性名” 的方式調用，代碼如下：

class A:
    def fun(self):
        print('A.fun')

class B(A):
    def fun(self):
        A.fun(self)
        print('B.fun')

class C(A):
    def fun(self):
        A.fun(self)
        print('C.fun')

class D(B , C):
    def fun(self):
        B.fun(self)
        C.fun(self)
        print('D.fun')

D().fun()

輸出結果為：

A.fun
B.fun
A.fun
C.fun
D.fun

可見，A類被實例化了兩次。這就是多繼承帶來的重覆調用（菱形繼承）的問題。使用super可以很好的解決這一問題：

class A:
    def fun(self):
        print('A.fun')

class B(A):
    def fun(self):
        super(B , self).fun()
        print('B.fun')

class C(A):
    def fun(self):
        super(C , self).fun()
        print('C.fun')

class D(B , C):
    def fun(self):
        super(D , self).fun()
        print('D.fun')

D().fun()

輸出結果如下：

A.fun
C.fun
B.fun
D.fun

那麼，為什麼輸出順序是A->C->B->D而不是A->B->C->D呢？這就涉及到Python繼承中的MRO（Method Resolution Order）：方法解析順序。

3. super與mro機制

事實上，在每個類聲明之後，Python都會自動為創建一個名為“__ mro__”的內置屬性，這個屬性就是Python的MRO機制生成的，該屬性是一個tuple，定義的是該類的方法解析順序（繼承順序），當用super調用父類的方法時，會按照__ mro__屬性中的元素順序去挨個查找方法。我們可以通過“類名. mro”或“類名.mro()”來查看上面代碼中D類的__ mro__屬性值：

print(D.__mro__)
print(D.mro())

輸出結果為：

(<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>)
[<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>]

一個是tuple，一個list，但本質上是一個東西。這個順序是怎麼生成的呢？在Python新式類中（Python3中也只存在新式類了），採用的是C3演算法（可不是廣度優先，更不是深度優先）。我們通過如下圖所示的繼承關係來簡單介紹C3演算法（箭頭指向父類）。

[圖片上傳失敗...(image-df958a-1576245580059)]

當要生成F的繼承順序時，C3演算法過程如下：首先將入度（指向該節點的箭頭數量）為零的節點放入列表，並將F節點及與F節點有關的箭頭從上圖樹中刪除；

繼續找入度為0的節點，找到D和E，左側優先，故而現將D放入列表，並從上圖樹中刪除D，這是列表中就有了F、D。

繼續找入度為0的節點，有A和E滿足，左側優先，所以是A，將A從上圖中取出放入列表，列表中順序為F、D、E；

接下來入度為0的節點只剩下E，取出E放入列表；只剩下B和C節點，且入度都為0，但左側優先，二先將B放入列表，然後才是後才是C；不過別忘了，Python所有類都有一個共同的父類，那就是object類，所以，最好還會把object放入列表末尾。最終生成列表中元素順序為：F->D->A->E->B->C->object。我們用代碼驗證一下：

class A(object):
    pass

class B(object):
    pass

class C(object):
    pass

class D(A,B):
    pass

class E(B, C):
    pass

class F(D, E):
    pass

print(F.__mro__)

輸出結果為：

(<class '__main__.F'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.E'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class 'object'>)

所以，圖1中的繼承順序為什麼是D->B->C->A就好解釋了。但還沒弄清楚圖1用super實現的代碼輸出順序的問題，所以，我們還要繼續看super的用法。

4. 怎麼用super

super是一個類（不是方法），實例化之後得到的是一個代理的對象，而不是得到了父類，並且我們使用這個代理對象來調用父類或者兄弟類的方法。使用格式如下：

super([type[, object-or-type]])

將這個格式展開來就有一下幾種傳參方式：

super()
super(type , obj)
super(type_1 , type_2)

註意，可沒有super(type)這種方式。下麵說說上面三種傳參方式。

4.1 super(type , obj)

先說super(type , obj)，這個方式要傳入兩個常數，第一個參數type必須是一個類名，第二個參數是一個該類的實例化對象，不過可以不是直接的實例化對象，該類的子類的實例化對象也行。

在上文中已經說到，super會按照__ mro__屬性中的順序去查找方法，super(type , obj)兩個參數中type作用是定義在__ mro__數組中的那個位置開始找，obj定義的是用哪個類的__ mro__元素。我們用代碼來說明，將圖2的代碼各個類中添加一個fun方法，繼承關係不變，代碼如下：

class A(object):
    def fun(self):
        print('A.fun')

class B(object):
    def fun(self):
        print('B.fun')

class C(object):
    def fun(self):
        print('C.fun')

class D(A,B):
    def fun(self):
        print('D.fun')

class E(B, C):
    def fun(self):
        print('E.fun')

class F(D, E):
    def fun(self):
        print('F.fun')

然後嘗試super(type , obj)兩個參數的不同組合，看看輸出結果。

先讓obj都為F類的實例，嘗試不同type下的輸出結果：

super(E , F()).fun() # 輸出結果：B.fun
super(D , F()).fun() # 輸出結果：A.fun
super(F , F()).fun() # 輸出結果：D.fun

再回顧一下__mro__的順序：F->D->A->E->B->C->object，發現規律沒？調用的都是type對應的類在__mro__順序中的下一個類的fun方法。所以，我們可以通過type參數來指定調用父類的範圍。

再讓type保持不變，obj嘗試不同的實例：

super(B , F()).fun() # 輸出結果：C.fun
super(B , E()).fun() # 輸出結果：C.fun
super(B , B()).fun() # 這是錯誤的，會報錯

發現規律了嗎？上面這個類繼承關係太簡單，可能規律並不明顯。事實上，obj參數指定的是用那個類的__mro__屬性。

好了，我們現在回到圖2中使用super()之後的代碼，來解釋一下為什麼輸出順序是A->C->B->D。

首先我們要明白，D類的__mro__順序是D->B->C->A，在D類中調用fun方法，然後在D類fun方法中遇到super(D , self).fun()，這個self指的是D類的實例化對象，所以用的是D類的__mro__順序，而且指明位置是D後面也就是B類，所以繼續調用B類的fun方法，遇到super(B , self).fun()，這時候需要註意，這裡的self還是原來的D類實例（千萬註意不是B類實例）

所以還是用D類的__mro__順序，那就繼續調用下一個C類的fun方法，同理繼續調用下一個父類，也就是A類的fun方法，執行完A類的fun方法後，回到C的fun方法中，列印輸出，然後回到B類的fun方法，知道D類的fun方法列印輸出完。懂了嗎？

4.2 super()

super()事實上是懶人版的super(type , obj)，這種方式只能用在類體內部，Python會自動把兩個參數填充上，type指代當前類，obj指導當前類的實例對象，相當於super(__ class__ , self)。所以，以下三種代碼是完全等效的：

代碼一：

class B(A):
    def fun(self):
        super().fun()
        print('B.fun')

代碼二：

class B(A):
    def fun(self):
        super(B , self).fun()
        print('B.fun')

代碼三：

class B(A):
    def fun(self):
        super(__class__ , self).fun()
        print('B.fun')

4.3 super(type_1 , type_2)

當super傳入的兩個參數都是類名是，type_2必須是type_1的子類。功能上與super(type , obj)有什麼不同呢？我們繼續上一小節的代碼輸出測試：

print(super(F , F())) #輸出結果為：<super: <class 'F'>, <F object>>
print(super(F , F)) #輸出結果為：<super: <class 'F'>, <F object>>

輸出結果是一樣的，那你就以為super(type_1 , type_2)與super(type , obj)一樣嗎？看下麵輸出：

print(super(F , F()).fun()) #輸出結果為：D.fun
print(super(F , F).fun()) # 報錯：TypeError: fun() missing 1 required positional argument: 'self'

所以，super(type_1 , type_2)與super(type , obj)有區別，在看一下下列輸出：

print(super(F , F()).fun)# 輸出結果：<bound method D.fun of <__main__.F object at 0x000001BD44A98B38>>
print(super(F , F).fun) # 輸出結果：<function D.fun at 0x000001BD44A9EE18>
print(D.fun) # 輸出結果：<function D.fun at 0x000001BD44A9EE18>

所以，當super傳入的兩個傳輸都是類時，得到的就是一個指向繼承順序下的類的代理，並未綁定實例，要調用D類的fun方法，還需傳入實例：

print(super(F , F).fun(F())) #輸出結果：D.fun

所以，當super傳入的兩個參數都是類的時候，最好只用來調用類的靜態方法或者類方法。

5. 總結

最好，在實際寫代碼時，最好不要用諸如super(self.__ class__, self) 的寫法，容易導致異常，super 的第一個參數儘量為當前的類。至此，super的總結就結束了。


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