Python中的协议、鸭子类型、抽象基类、混入类

篇文章探讨一下python中的几个概念：协议、鸭子类型、抽象基类、混入类。

一、协议

在python中，协议是一个或一组方法。例如，Python 的序列协议包含 len 和 getitem 两个方法，上下文管理器协议包含 enter 和 exit 两个方法（前者参见文章《一文读懂python可迭代对象、迭代器和生成器》，后者参见文章《python中的上下文管理器和你所不了解的with》）,此处不再赘述。

二、鸭子类型（duck typing）

多态的一种形式，在这种形式中，对象的类型无关紧要，只要实现了特定的协议即可。

举一个之前文章中的例子：

示例1

class Eg1:
def __init__(self, text):
self.text = text
self.sub_text = text.split(' ')

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def __getitem__(self, index):
return self.sub_text[index]
def __len__(self):
return len(self.sub_text)
o1 = Eg1('Hello, the wonderful new world!')
print('长度：', len(o1))
for i in o1:
print(i)

输出：

长度： 5
Hello,
the
wonderful
new
world!

示例1 中Eg1类实现了 len 和 getitem两个方法，也就是实现了序列协议，那么它的表现就和序列类似。通过输出结果就能看出，Eg1的对象可以计算长度，也可以循环处理，这和正常的序列没什么不同。因此我们可以把Eg1称为一个鸭子类型，即只关注它是否实现了相应的协议，不关注它的类型。

三、抽象基类

抽象基类就是定义各种方法而不做具体实现的类，任何继承自抽象基类的类必须实现这些方法，否则无法实例化。

那么抽象基类这样实现的目的是什么呢？假设我们在写一个关于动物的代码。涉及到的动物有鸟，狗，牛。首先鸟，狗，牛都是属于动物的。既然是动物那么肯定需要吃饭，发出声音。但是具体到鸟，狗，牛来说吃饭和声音肯定是不同的。需要具体去实现鸟，狗，牛吃饭和声音的代码。概括一下抽象基类的作用：定义一些共同事物的规则和行为。

示例2

import abc
class Animal(abc.ABC):
@abc.abstractmethod
def eat(self):
"""吃的动作"""
@abc.abstractmethod
def voice(self):
"""叫的动作"""
class Dog(Animal):
def eat(self):
print('Dog eating....')
def voice(self):
print('wow....')
class Bird(Animal):
def eat(self):
print('Bird eating....')
def voice(self):
print('jiji....')
d = Dog()
d.eat()
d.voice()
b = Bird()
b.eat()
b.voice()

输出：

Dog eating....
wow....
Bird eating....
jiji....

示例2中定义了一个抽象基类 Animal，它包含两个抽象方法eat和voice，Dog和Bird都继承了Animal，并各自实现了具体的eat和voice方法。Dog和Bird在实例化之后调用相同的方法，但是却有不同的输出，这就是最简单的抽象基类的用法。

注意，自己定义的抽象基类要继承 abc.ABC（abc.ABC 是 Python 3.4 新增的类，python2的语法不是这样的）。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。

除了继承，还有一种方法可以将类和抽象基类关联起来：示例3，在示例2后面添加代码：

@Animal.register
class Cat(Animal):
def eat(self):
print('Cat eating....')
def voice(self):
print('miao....')
print(issubclass(Cat, Animal))

输出：

True

这种通过注册和抽象基类关联起来的类叫做虚拟子类，虚拟子类不会继承注册的抽象基类，而且任何时候都不会检查它是否符合抽象基类的接口，即便在实例化时也不会检查。为了避免运行时错误，虚拟子类要实现所需的全部方法。

抽象基类并不常用，但是在阅读源码的时候可能会遇到，因此还是要了解一下。

四、混入类（mixin class）

混入类是为代码重用而生的。从概念上讲，混入不定义新类型，只是打包方法，便于重用。混入类应该提供某方面的特定行为，只实现少量关系非常紧密的方法并且混入类绝对不能实例化。

在 Python 中没有把类声明为混入的正规方式，所以强烈推荐在名称中加入 ...Mixin 后缀。Django在这方面做的很好，举一个例子， ListView主要用于从数据库中获取多条记录，它的继承关系如下：

整个体系非常清晰，各个类的职责也非常明确，且类的职责从命名就可以读出。例如 ContextMixin 及其子类负责获取渲染模板所需的模板变量；MultipleObjectMixin 负责从数据库获取模型对应的多条数据；View 负责处理 HTTP 请求（如 get 请求，post 请求）；TemplateResponseMixin 及其子类负责渲染模板。各个类组合在一起就构成了功能完整的 ListView。由此看出Django设计者充分采纳了一个类只负责一件事的设计理念（即单一责任原则），而且命名也是遵循一套统一的规范（...Mixin 后缀）。

好了，了解了这些概念对于python的使用和源码的阅读是非常有用的。希望能对你有帮助！

Python中的协议 、鸭子类型 、 抽象基类 、混入类

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