Python中的abc模块

前言

在《抽象基类（ABC）》中，基于C++讲述抽象基类。尽管Python设计上以鸭子类型为主，但仍有抽象基类（ABC）的一席之地，它被封装在了abc模块中供程序员使用。

abc模块有以下两个主要功能：

• 某种情况下，判定某个对象的类型，如：isinstance(a, Sized)
• 强制子类必须实现某些方法，即ABC类的派生类
  
  

判断类型

当我们判断一个对象是否存在某个方法时，可以使用内置方法hasattr()。

class A(object):def __len__(self):passif __name__ == "__main__":a = A()print("存在__len__方法" if hasattr(a, "__len__") else "没有__len__方法")# 输出：
存在__len__方法

但在Python中，使用hasattr()并非优雅解法，这里建议isinstance()。

abc模块中定义了Sized类，利用Sized可以判断一个对象里是否存在__len__方法，即：可否对这个对象使用len()函数。

from collections.abc import Sizedclass A(object):def __len__(self):passif __name__ == "__main__":a = A()print("存在__len__方法" if isinstance(a, Sized) else "没有__len__方法")# 输出：
存在__len__方法

isinstance实现原理

让我们看看Sized类的源码：

class Sized(metaclass=ABCMeta):__slots__ = ()@abstractmethoddef __len__(self):return 0@classmethoddef __subclasshook__(cls, C):if cls is Sized:return _check_methods(C, "__len__")return NotImplemented

Sized类改写了__subclasshook__魔法方法，使其可以通过isinstance()判断对象是否含有__len__方法。同时，这个类必须基于元类abc.ABCMeta。我们也可以依葫芦画瓢，实现一个用来判断对象是否存在greet()函数的类，尽管并不严谨：

import abcclass A(metaclass=abc.ABCMeta):@classmethoddef __subclasshook__(cls, subclass):# 存在greet()返回True，不存在返回Falseif hasattr(subclass, "greet"):return Truereturn Falseclass B(object):def greet(self):  # 定义了greet()方法passclass C(object):  # 没有greet()方法passclass D(B):  # 继承自B类，因此继承了greet()方法passif __name__ == "__main__":b = B()c = C()d = D()print(isinstance(b, A))  # Trueprint(isinstance(c, A))  # Falseprint(isinstance(d, A))  # True

注意，此时A类可以被实例化，因为它还不是抽象基类。

实现ABC类

C++中利用纯虚函数实现抽象基类，Python中写法如下：

import abcclass A(metaclass=abc.ABCMeta):# 利用装饰器修饰greet()@abc.abstractmethoddef greet(self):print("hell world")if __name__ == "__main__":a = A()

解释器如期抛错：

TypeError: Can't instantiate abstract class A with abstract methods greet

这是因为A类现在就是一个抽象基类了，不可以被实例化，同时，它的子类还必须实现greet()方法，否则实例化子类时解释器也要报错：

import abcclass A(metaclass=abc.ABCMeta):@abc.abstractmethoddef greet(self):passclass B(A):def greet(self):passclass C(A):passif __name__ == "__main__":b = B()  # 正常实例化c = C()  # 解释器抛错# 输出：
# C类中没有定义greet()方法导致的报错
Traceback (most recent call last):File "xxx", line xxx, in <module>c = C()
TypeError: Can't instantiate abstract class C with abstract methods greet

其他基类

abc模块中还有实现了其他抽象基类，可以用来判断类型或是继承方法，这里不做详述了：

__all__ = ["Awaitable", "Coroutine","AsyncIterable", "AsyncIterator", "AsyncGenerator","Hashable", "Iterable", "Iterator", "Generator", "Reversible","Sized", "Container", "Callable", "Collection","Set", "MutableSet","Mapping", "MutableMapping","MappingView", "KeysView", "ItemsView", "ValuesView","Sequence", "MutableSequence","ByteString",]

文件所在路径：…lib\_collocetions_abc.py

总结

• abc模块中定义的类兼顾了继承抽象基类与鸭子类型的设计方式。你既可以通过继承Sized来拥有__len__方法，此时instance(对象, Sized)返回True；也可以在自己设计的类中实现__len__，instance(对象, Sized)仍然返回True。

• 对抽象基类来说，需要用到装饰器 @abc.abstractmethod；对于鸭子类型来说，需要重写__subclasshook__魔法方法。

• 以上都是基于元类abc.ABCMeta实现的。顺便提醒，注意import abc与from collections import abc各自的区别。