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Fluent Python 笔记第 11 章接口：从协议到抽象基类

news 2025/9/11 19:20:12

本章讨论的话题是接口:从鸭子类型的代表特征动态协议，到使接口更明确、能验证实现是否符合规定的抽象基类(Abstract Base Class，ABC)。

11.1 Python 文化中的接口和协议

对 Python 程序员来说，“X 类对象”“X 协议”和“X 接口”都是一个意思。

11.2 Python 喜欢序列

Python 数据模型的哲学是尽量支持基本协议。

为了迭代对象，解释器会尝试调用两个不同的方法。

11.3 使用猴子补丁在运行时实现协议

shuffle 函数要调换集合中元素的位置，而 FrenchDeck 只实现了不可变的序列协议。可变的序列还必须提供 __setitem__ 方法。

>>> def set_card(deck, position, card):
...     deck._cards[position] = card
...
>>> FrenchDeck.__setitem__ = set_card
>>> shuffle(deck)

这种技术叫猴子补丁：在运行时修改类或模块，而不改动源码。

11.4 Alex Martelli的水禽

基本上不需要自己编写新的抽象基类，只要正确使用现有的抽象基类，就能获得 99.9% 的好处，而不用冒着设计不当导致的巨大风险。

11.5 定义抽象基类的子类

11.6 标准库中的抽象基类

11.6.1 collections.abc 模块中的抽象基类

Iterable、Container 和 Sized

各个集合应该继承这三个抽象基类，或者至少实现兼容的协议。Iterable 通过 __iter__ 方法支持迭代，Container 通过 __contains__ 方法支持 in 运算符，Sized 通过 __len__ 方法支持 len() 函数。

Sequence、Mapping 和 Set

这三个是主要的不可变集合类型，而且各自都有可变的子类。

MappingView

映射方法 .items()、.keys() 和 .values() 返回的对象分别是 ItemsView、 KeysView 和 ValuesView 的实例。前两个类还从 Set 类继承了丰富的接口。

Callable 和 Hashable

这两个抽象基类与集合没有太大的关系，只不过因为 collections.abc 是标准库中定义抽象基类的第一个模块，而它们又太重要了，因此才把它们放到 collections.abc 模块中。我从未见过 Callable 或 Hashable 的子类。这两个抽象基类的主要作用是为内置函数 isinstance 提供支持，以一种安全的方式判断对象能不能调用或散列。·

Iterator

注意它是 Iterable 的子类。

11.6.2 抽象基类的数字塔

Number
Complex
Real
Rational
Integral

11.7 定义并使用一个抽象基类

import abcclass Tombola(abc.ABC):@abc.abstractmethod
def load(self, iterable):
"""从可迭代对象中添加元素。"""@abc.abstractmethod
def pick(self):
"""随机删除元素，然后将其返回。 如果实例为空，这个方法应该抛出`LookupError`。
"""def loaded(self):
"""如果至少有一个元素，返回`True`，否则返回`False`。"""return bool(self.inspect())def inspect(self):
"""返回一个有序元组，由当前元素构成。"""items = []while True:try:items.append(self.pick())except LookupError:breakself.load(items)return tuple(sorted(items))

自己定义的抽象基类要继承 abc.ABC。
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。
抽象基类可以包含具体方法抽象基类中的具体方法只能依赖抽象基类定义的接口(即只能使用抽象基类中的其他具体方法、抽象方法或特性)。
即便实现了，子类也必须覆盖抽象方法，但是在子类中可以使用 super() 函数调用抽象方法，为它添加功能，而不是从头开始实现。

11.7.1 抽象基类句法详解

11.7.2 定义Tombola抽象基类的子类

11.7.3 Tombola的虚拟子类

@Tombola.register
class TomboList(list):

注册之后，可以使用 issubclass 和 isinstance 函数判断 TomboList 是不是 Tombola 的子类。Tombolist 没有从 Tombola 中继承任何方法。

11.8 Tombola子类的测试方法

11.9 Python使用register的方式

Sequence.register(tuple)
Sequence.register(str)
Sequence.register(range)
Sequence.register(memoryview)