Python抽象基類的定義與使用
我們寫Python基本不需要自己創建抽象基類，而是通過鴨子類型來解決大部分問題。《流暢的Python》作者使用了15年Python，但只在項目中創建過一個抽象基類。我們更多時候是創建現有抽象基類的子類，或者使用現有的抽象基類注冊。本文的意義在于，了解抽象基類的定義與使用，可以幫助我們理解抽象基類是如何實現的，為我們以后學習后端語言(比如Java、Golang)打下基礎。畢竟抽象基類是編程語言通用設計。
定義抽象基類的子類
先回顧下什么是抽象基類：Python的抽象基類是指必須讓繼承它的子類去實現它所要求的抽象方法的類。如下代碼定義了抽象基類collections.MutableSequence的子類：
- import collections
- Card = collections.namedtuple('Card', ['rank', 'suit'])
- class FrenchDeck2(collections.MutableSequence):
- ranks = [str(n) for n in range(2, 11)] + list('JQKA')
- suits = 'spades diamonds clubs hearts'.split()
- def __init__(self):
- self._cards = [Card(rank, suit) for suit in self.suits
- for rank in self.ranks]
- def __len__(self):
- return len(self._cards)
- def __getitem__(self, position):
- return self._cards[position]
- def __setitem__(self, position, value): # <1>
- self._cards[position] = value
- def __delitem__(self, position): # <2>
- del self._cards[position]
- def insert(self, position, value): # <3>
- self._cards.insert(position, value)
通過抽象基類collections.MutableSequence源碼：
可以發現，它有三個抽象方法__setitem__、__delitem__、insert，所以FrenchDeck2類必須實現它們。而對于其他非抽象方法比如append、extend、pop等，則可以直接繼承無需實現。
注意，Python只會在運行時實例化FrenchDeck2類時真正檢查抽象方法的實現，如果未實現會拋出TypeError異常，提示Can't instantiate abstract class之類的。
標準庫中的抽象基類
為了知道哪些抽象基類可以使用，我們可以看看標準庫。
collections.abc
collections.abc的抽象基類如下圖所示：
Iterable、Container、Sized
這三個抽象基類是最基礎的類，各個集合都繼承了這三個抽象基類。
- Itearble通過__iter__方法支持迭代
- Container通過__contains__方法支持in運算符
- Sized通過__len__方法支持len()函數
Sequence、Mapping、Set
不可變集合類型，各自都有可變的子類。
MappingView
.items()、.keys()、.values()返回的對象分別是ItemsView、KeysView和ValuesView的實例。
Callable、Hashable
為內置函數isinstance提供支持，判斷對象能不能調用或散列。
Iterator
迭代器。
numbers
numbers的抽象基類有以下幾種：
- Number
- Complex
- Real
- Rational
- Integral
這叫做數字塔，頂部是超類，底部是子類。比如使用isinstance(x, numbers.Integral)檢查一個數是不是整數，這樣代碼就能接受int、bool(int的子類)，再比如使用isinstance(x, numbers.Real)檢查浮點數，這樣代碼就能接受bool、int、float、fractions.Fraction。
定義抽象基類
本小結可以跳過。不過了解抽象基類的定義有助于閱讀標準庫和其他包中的抽象基類源碼。
抽象基類的示例代碼如下：
- # BEGIN TOMBOLA_ABC
- import abc
- class Tombola(abc.ABC): # <1>
- @abc.abstractmethod
- def load(self, iterable): # <2>
- """Add items from an iterable."""
- @abc.abstractmethod
- def pick(self): # <3>
- """Remove item at random, returning it.
- This method should raise `LookupError` when the instance is empty.
- """
- def loaded(self): # <4>
- """Return `True` if there's at least 1 item, `False` otherwise."""
- return bool(self.inspect()) # <5>
- def inspect(self):
- """Return a sorted tuple with the items currently inside."""
- items = []
- while True: # <6>
- try:
- items.append(self.pick())
- except LookupError:
- break
- self.load(items) # <7>
- return tuple(sorted(items))
- # END TOMBOLA_ABC
要點：
- 繼承abc.ABC
- 使用@abc.abstractmethod裝飾器標記抽象方法
- 抽象基類也可以包含普通方法
- 抽象基類的子類必須覆蓋抽象方法(普通方法可以不覆蓋)，可以使用super()函數調用抽象方法，為它添加功能，而不是從頭開始實現
再看白鵝類型
白鵝類型的定義有一點難以理解，如果理解了虛擬子類，就能加快理解白鵝類型。虛擬子類并不是抽象基類的真正子類，而是注冊到抽象基類上的子類，這樣Python就不會做強制檢查了。
注冊的方式有兩種：
register方法
Python3.3以前只能使用register方法，比如collections.abc模塊的源碼中，把內置類型tuple、str、range和memoryview注冊為Sequence的虛擬子類：
- Sequence.register(tuple)
- Sequence.register(str)
- Sequence.register(range)
- Sequence.register(memoryview)
register裝飾器
把TomboList注冊為Tombola的虛擬子類：
- @Tombola.register
- class TomboList(list):
- ...
白鵝類型和鴨子類型是Python的動態特性，它們的共同點是，只要長的像，Python就不會做強制檢查，鴨子類型是針對普通類的子類而言的，白鵝類型是針對抽象基類的虛擬子類而言的。
參考資料：
《流暢的Python》第11章 接口：從協議到抽象基類
