流畅的Python(十一)-从协议到抽象基类

一、核心要义

主要讨论Python中的`接口`，所谓接口就是类实现或继承的一套公开(按照定义,受保护的属性和私有属性不在接口中)属性和方法，包括特殊方法，如__getitem__或__add__等。Python有两套`规范`接口的方式:

1. 鸭子类型和协议，这种方式对接口的`规范`更多是一种约定俗成，并没有代码层面的强制性。

2. 抽象基类，这种方式对接口的`规范`更明确，也能够更显式地验证子类是否符合设计规范

二、代码示例

1、鸭子模型

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/2/22 21:52
# @Author  : Maple
# @File    : 00-鸭子模型.py
# @Software: PyCharm"""
鸭子模型：在程序设计中是动态类型的一种风格。在这种风格中，一个对象有效的语义，不是由继承自特定的类或实现特定的接口，而是由“当前方法和属性的集合”决定在鸭子类型中，关注点在于对象的行为能做什么；而不是关注对象所属的类型。例如，在不使用鸭子类型的语言中，我们可以编写一个函数，它接受一个类型为"鸭子"的对象，并调用它的"游泳"和"散步"方法。
在使用鸭子类型的语言中，这样的一个函数可以接受一个任意类型的对象，并调用它的"游泳"和"散步"方法。如果这些需要被调用的方法不存在，那么将引发一个运行时错误。任何拥有这样的正确的"游泳"和"散步"
方法的对象都可被函数接受的这种行为引出了以上表述，这种决定类型的方式因此得名
鸭子类型通常得益于"不"测试方法和函数中参数的类型，而是依赖文档、清晰的代码和测试来确保正确使用
"""class Duck:def __init__(self,name):self.name = namedef swim(self):print('{}在游泳'.format(self.name))def walk(self):print('{}在散步'.format(self.name))class Chicken:def __init__(self, name):self.name = namedef swim(self):print('{}在游泳'.format(self.name))def walk(self):print('{}在散步'.format(self.name))class Person:def __init__(self,name):self.name = namedef watch(self,pet):pet.swim()pet.walk()if __name__ == '__main__':duck = Duck('唐老鸭')chicken = Chicken('烧鸡')person = Person('Max')# watch中的对象,不用关心是什么类型,只要它具有swim和walk方法即可person.watch(duck)print('****************')person.watch(chicken)

2、序列协议

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/2/22 19:52
# @Author  : Maple
# @File    : 01-序列协议.py
# @Software: PyCharmclass Person:# 实现序列协议的__getitem__方法# 该对象就具备可迭代(本来应该实现了__iter__方法后才具备)和判断元素是否在对象中(本来应该实现了__contains__方法后才具备)的能力# 这就是协议的强大之处,只要实现了某个协议(此例是序列)的部分方法,该对象就自动具备该类协议对象的功能def __getitem__(self, pos):return list(['Maple','kelly','Max'])[pos]# 实现序列协议的__len__方法# 该对象就能够通过len统计其长度def __len__(self):return 3if __name__ == '__main__':person = Person()# 1. person可迭代for p in person:"""输出MaplekellyMax"""print(p)#2. 可判断某个元素是否在person对象中print('Maple' in person) #True#3.对象长度统计print(len(person)) # 3

3、猴子补丁

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/2/22 20:05
# @Author  : Maple
# @File    : 02-猴子补丁.py
# @Software: PyCharm"""
如果某个类在最初定义的时候，没有实现协议的部分方法，导致某些功能无法使用
可以在后续 通过“猴子补丁”的方式，添加能够实现该功能的协议方法集合
"""
from random import shuffleclass Cars:# 注意第一个参数self,只是约定俗称的命名,并非必然如此# 唯一明确的只是它代表的含义:类的实例化对象def __init__(self,items):self.items = list(items)# 实现__getitem__方法,cars对象可迭代,但cars对象集不能被更改def __getitem__(self, pos):return self.items[pos]def __len__(self):return len(self.items)if __name__ == '__main__':# 1. cars对象迭代cars = Cars(['奔驰','宝马','奥迪'])print([car for car in cars]) # ['奔驰', '宝马', '奥迪']# 尝试随机化cars,报错原因是Cars类没有实现序列协议中的__setitem__方法,所以Cars目前是不可变的序列#shuffle(cars) #'Cars' object does not support item assignment# 2.为Cars动态添加__setitem__方法def set_car(self,key,value):self.items[key] = valueCars.__setitem__ = set_car# 此时就可以对cars进行shuffleshuffle(cars)print(list(cars)) #['奥迪', '奔驰', '宝马']

4、定义抽象基类的子类

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/2/23 7:01
# @Author  : Maple
# @File    : 03-定义抽象基类的子类.py
# @Software: PyCharmimport collections
from collections.abc import MutableSequenceCard = collections.namedtuple('Card',['rank','suit'])
class FrenchDeck(MutableSequence):"""MutableSequence抽象基类有三个抽象方法,子类必须要实现1. __setitem__2. __delitem__3. insert"""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 rank in self.ranksfor suit in self.suits]def __len__(self):return len(self._cards)def __getitem__(self, position):return self._cards[position]def __setitem__(self, key, value):self._cards[key] = valuedef __delitem__(self, position):del self._cards[position]def insert(self,position,value):self._cards.insert(position,value)if __name__ == '__main__':# 1.通过切片获取元素deck = FrenchDeck()print(deck[0])#2.插入元素deck.insert(0,Card('0','spades'))print(deck[0])   # Card(rank='0', suit='spades')#3.删除元素#  删除第二步添加的元素del deck[0]print(deck[0]) # Card(rank='2', suit='spades')

5、自定义抽象基类

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/2/23 20:00
# @Author  : Maple
# @File    : 04-自定义抽象基类.py
# @Software: PyCharm
import abc# 定义抽象基类
import randomclass Tombola(abc.ABC):@abc.abstractmethoddef load(self,iterable):"""从可迭代对象中加载元素"""@abc.abstractmethoddef 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,则返回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))# 定义一个Tombola基类的测试子类:证明如果子类未实现基类的全部抽象方法,将无法实例化(虽然issubclass仍然为True)
class Fake(Tombola):"""该类继承抽象基类Tombola,同时并没有实现全部的抽象方法,该类实例化会报错"""def load(self,iterable):self.items = list(iterable)def pick(self):pass# Tombola的第一个子类
class BingCage(Tombola):def __init__(self,items):self._randomizer = random.SystemRandom()self._items = []self.load(items)def load(self,items):self._items.extend(items)self._randomizer.shuffle(self._items)def pick(self):try:return self._items.pop()except IndexError:raise LookupError('pick from empty BingCage')# 实现对象可直接调用def __call__(self):self.pick()class LotteryBlower(Tombola):def __init__(self,iterable):# 通过list创建一个iterable的拷贝,从而对balls的操作,不会影响到传递进来的对象self._balls = list(iterable)def load(self,iterable):self._balls.extend(iterable)def pick(self):try:position = random.randrange(len(self._balls))return self._balls[position]except ValueError:raise LookupError('pick from empty LotteryBlower')def loaded(self):return bool(self._balls)def inspect(self):return tuple(sorted(self._balls))if __name__ == '__main__':print(issubclass(Fake,Tombola)) # True#1.如果Fake没有实现全部抽象方法, 实例化会报错print('*************1.如果Fake没有实现全部抽象方法, 实例化会报错**************')fake = Fake() #  Can't instantiate abstract class Fake with abstract methods pick# 2.如果Fake实现了全部的抽象方法, 就能够正常实例化print('*************2.如果Fake实现了全部的抽象方法, 就能够正常实例化**************')fake = Fake()# 3.BingCage测试print('*************3.BingCage测试**************')bingcage = BingCage([1,2,3])# 返回元素print(bingcage.pick()) # 2print(bingcage.pick()) # 1print(bingcage.pick()) # 3#print(bingcage.pick())  # LookupError: pick from empty BingCage# 4.LotteryBlower测试print('*************4.LotteryBlower测试**************')lotter = LotteryBlower(['Maple','Kelly'])print(lotter.pick()) # Kelly

6、虚拟子类

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# @Time    : 2024/2/23 20:52
# @Author  : Maple
# @File    : 05-虚拟子类.py
# @Software: PyCharm
import abc
from random import randrangeclass Tombola(abc.ABC):@abc.abstractmethoddef load(self,iterable):"""从可迭代对象中加载元素"""@abc.abstractmethoddef 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,则返回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))@Tombola.register
class TomboList(list):# 继承list"""虚拟子类在代码层面,可以不用重写 基类的任何方法,但issubclass和isinstance仍然会判断为真--所以全靠自觉 去实现基类的方法"""def pick(self):if self:position = randrange(len(self))# pop方法继承自listreturn self.pop(position)# load方法load = list.extenddef loaded(self):return bool(self)def insert(self):return tuple(sorted(self))# 注册虚拟类 除了像上面那样使用装饰器,还可以使用如下方式(更通用):
# Tombola.register(TomboList)if __name__ == '__main__':# 1.虚拟子类测试print(issubclass(TomboList,Tombola)) # Truet_list = TomboList([1,2,3])# 2.虚拟子类实例测试print(isinstance(t_list,Tombola)) # True# 3.虚拟子类继承关系列表只会列出`真实`的超类(如下Tombola并不在列表里)#  TomboList继承list,然后list继承objectprint(TomboList.__mro__) # (<class '__main__.TomboList'>, <class 'list'>, <class 'object'>)

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