为什么定义新类时有时会调用该类继承自的对象的__init__()函数？

Question

我想了解在Python中声明从父类继承的新类时实际发生了什么。

下面是一个非常简单的代码片段：

# inheritance.py
class Foo():
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        print("Inside foo.__init__")
        print(args)
        print(kwargs)


class Bar(Foo):
    pass

print("complete")

如果我运行这个程序，没有错误，并且输出结果跟我预期的一样。

❯ python inheritance.py                                                                                                                                                                               
complete

这是一段有明显错误的脚本，我继承了Foo()的一个实例而不是Foo类。

# inheritance.py
class Foo():
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        print("Inside foo.__init__")
        print(f"{args=}")
        print(f"{kwargs=}\n")

foo = Foo()
class Bar(foo):            <---- This is wrong
    pass

print("complete")

这段代码可以正常运行，但我不明白为什么会调用Foo.__init__() 两次。

以下是输出内容：

❯ python inheritance.py
Inside foo.__init__        <--- this one I expected
args=()
kwargs={}

Inside foo.__init__       <--- What is going on here...?
args=('Bar', (<__main__.Foo object at 0x10f190b10>,), {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'Bar'})
kwargs={}

complete

第8行，我使用没有参数的方式实例化了Foo()，这正是我所期望的。但是在第9行，调用了Foo.__init__并传递了通常会传递给type()以生成新类的参数。

我大致上能理解发生了什么：class Bar(...) 是生成一个新类的代码，因此在某个时候需要调用type("Bar", ...)，但是：

1. 这到底是如何发生的？
2. 为什么从Foo()的实例进行继承会导致调用Foo.__init__("Bar", <tuple>, <dict>)？
3. 为什么不直接调用type("Bar", <tuple>, <dict>)？

- David McLean

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凭直觉来看，这似乎是为了允许 元类 而发生的事情。而不是使用 Foo.__init__("Bar", <tuple>, <dict>)，调用 type(Foo)("Bar", <tuple>, <dict>)。如果没有 元类，则 type(Foo) 是 type。 - Axe319

Answer 1

Python 使用 foo 来确定 Bar 所使用的元类 (metaclass)。由于没有明确指定元类，因此必须确定“最终派生元类”。一个基类的元类是其类型；通常是 type。但在这种情况下，唯一基类 "class" 的类型是 Foo，所以它成为了最终派生元类。因此，Bar 的元类就是 Foo。

class Bar(foo):
    pass

被视作

class Bar(metaclass=Foo):
    pass

这意味着通过Foo的调用来创建Bar:

Bar = Foo('Bar', (foo,), {})

请注意，现在Bar是Foo的实例，而不是类型。是的，class语句并不一定会创建一个类。

- chepner

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我本来想这样做，但似乎这只是证明Foo的实例不可调用，这可能不会让任何人感到惊讶。仅提到Bar是Foo的一个实例就足够了。 - chepner

类型错误是'Foo' object is not callable（即Foo的一个实例），而不是对象Foo不可调用。 （错误消息可能可以更清晰；它不是Python 3.11中引入的改进错误消息之一。） - chepner

@DiMithras 因为 type 本身会检查你所声称的基类是否实际上是类（或至少具有与 type 兼容的元类）。使用 class Bar(foo, metaclass=type): pass 也会得到相同的错误。 - chepner

我稍微修改了答案，以便提到创建Bar（而不是类型Bar），因为答案的主要观点是class语句不会创建类型。class语句不会创建类型；它们提供了一种声明性语法，用于一系列方法调用，这些调用通常但不一定会导致类型的创建。 - chepner

从 https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#customizing-class-creation 开始。type.__call__ 的实现可以在 CPython 的 C 源代码中找到，但对于大多数情况而言，假设它是这样的 def __call__(self, cls, *args, **kwargs): obj = cls.__new__(cls, *args, **kwargs); if isinstance(obj, cls): obj.__init__(*args, **kwargs); return obj 即可。 - chepner