Python 中的抽象方法

Question

我在使用Python的继承方面遇到了麻烦。虽然在Java中这个概念对我来说似乎非常简单，但直到现在我仍然无法理解Python中的继承，这让我感到惊讶。

我有一个如下的原型：

class Shape():
   def __init__(self, shape_name):
       self.shape = shape_name

class Rectangle(Shape):
   def __init__(self, name):
       self.shape = name

在上面的代码中，我如何创建一个需要在所有子类中实现的抽象方法？

- user506710

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顺便提一下，这在Python中真的是事后之举。抽象接口和类等概念最近才被引入。由于Python不是编译型语言，因此应该在文档中清楚地表达您的意图，而不是使用抽象类。 - Falmarri

这也是一个非常适合单元测试的优秀应用程序。由于Python不是编译型语言，因此在进行单元测试之前，我不会开始信任代码。 - Technophile

Answer 1

在引入abc之前，你经常会看到这个。

class Base(object):
    def go(self):
        raise NotImplementedError("Please Implement this method")


class Specialized(Base):
    def go(self):
        print "Consider me implemented"

- kevpie

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在我看来，这种方法比被接受的答案更符合Python的风格，因为它遵循了Python格言“我们都是成年人”——如果子类没有实现这种类型的抽象方法，它将不得不处理后果。 - Emmett Butler

@EmmettJ.Butler 但是 abc 应该在所有实现之后才能被执行。我是对的吗？ - Nabin

@Spiderman 不是的，abc 不仅仅是用于简单的基类，当你需要 isinstance 检查时，就可以使用 abc，类似于 isinstance(x, number) 或 isinstance(x, collections.abc.Sequence)。 - Stan Prokop

但它并不提供即时反馈。它只在方法被使用后提供反馈，这使得这个机制作为一个抽象类完全无用。 - Błażej Michalik

Answer 2

使用ABC，按照这些线路进行操作

import abc

class Shape(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    
    @abc.abstractmethod
    def method_to_implement(self, input):
        """Method documentation"""
        return
    

同时阅读这篇不错的教程：https://pymotw.com/3/abc/

在Python引入ABC之前，您还可以查看zope.interface。

• http://pypi.python.org/pypi/zope.interface
• https://zopeinterface.readthedocs.io/en/latest/README.html

- pyfunc

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添加这个会影响其他部分吗？我的类代码的其他部分需要改变吗？ - user506710

请记住，这只是最近才引入的。早些时候，Python使用了“鸭子类型”。 - pyfunc

@user506710：你的代码中唯一可能需要更改的部分是如果你已经在使用元类。在这种情况下，只需让你的元类从abc.ABCMeta派生而来，而不是从type派生，那么你就可以了。如果你不知道什么是元类，不用担心。 :-) - kindall

这个链接的教程比Python abc文档(http://docs.python.org/2/library/abc.html)清晰得多，但它们说的是同样的事情。 - Jacob Marble

这个语法在Python 3中无法运行，请参考此问题/答案链接：https://dev59.com/s2Ml5IYBdhLWcg3wTlcl#18513858。 - Andy Hayden

在Python 3中，您应该使用此答案。https://dev59.com/0WYr5IYBdhLWcg3wdqGw#13646263 - Zhou Hongbo

Answer 3

请查看abc模块。基本上，您需要在类上定义__metaclass__ = abc.ABCMeta，然后使用@abc.abstractmethod装饰每个抽象方法。从此类派生的类将无法实例化，除非所有抽象方法都已被覆盖。

如果您的类已经使用元类，请从ABCMeta而不是type派生它，这样您就可以继续使用自己的元类。

一种便宜的替代方案（也是在引入abc模块之前最佳做法）是让所有抽象方法都引发异常（例如NotImplementedError），以便从中派生的类必须重写该方法才能有用。

但是，abc的解决方案更好，因为它完全防止了这样的类被实例化（即，“更快地失败”），而且还因为您可以提供每个方法的默认或基本实现，可以在派生类中使用super()函数调用。

- kindall

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你可以为每个方法提供一个默认或基本实现，这些实现可以在派生类中使用super()函数调用。但是如果没有使用abc模块，则无法使用super()函数。 - Andrea Bergonzo

它的意思是你必须使用super()来调用抽象基类中的方法实现，而不是需要使用abc才能使用super()。super()适用于任何新式类。 - kindall

我只是有点困惑，因为它说“abc对于动机1和动机2更好”，但动机2并不特指abc :) - Andrea Bergonzo

动机2是针对abc的，因为“在基类方法中引发异常”的技术与让它们执行有用操作不兼容。 - kindall

Answer 4

抽象基类是一种深奥的魔法。我时不时地使用它们实现一些东西，为自己的聪明才智感到惊讶，但很快我就会因为自己的聪明而感到困惑（虽然这可能只是我的个人限制）。

另一种做法（如果你问我，应该在Python标准库中）是使用装饰器。

def abstractmethod(method):
    """
    An @abstractmethod member fn decorator.
    (put this in some library somewhere for reuse).

    """
    def default_abstract_method(*args, **kwargs):
        raise NotImplementedError('call to abstract method ' 
                                  + repr(method))
    default_abstract_method.__name__ = method.__name__    
    return default_abstract_method


class Shape(object):

    def __init__(self, shape_name):
       self.shape = shape_name

    @abstractmethod
    def foo(self):
        print "bar"
        return

class Rectangle(Shape):
    # note you don't need to do the constructor twice either
    pass  

r = Rectangle("x")
r.foo()

我没有编写这个装饰器。只是想到有人会写。你可以在这里找到它：http://code.activestate.com/recipes/577666-abstract-method-decorator/，不错的jimmy2times。请注意该页面底部有关于装饰器类型安全性的讨论。（如果有人愿意），可以使用inspect模块来修复这个问题。

- demented hedgehog

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这与abc.abstractmethod有何不同？ - Beau B.

并没有太大的区别。我想在底层它们并不太不同。实用上，"使用abc.abstractmethod装饰器需要类的元类是ABCMeta或派生自它。" - demented hedgehog

Answer 5

您可以使用six和abc来高效构建适用于Python2和Python3的类，如下所示：

import six
import abc

@six.add_metaclass(abc.ABCMeta)
class MyClass(object):
    """
    documentation
    """

    @abc.abstractmethod
    def initialize(self, para=None):
        """
        documentation
        """
        raise NotImplementedError

这是一份非常棒的IT技术文档。

- Lerner Zhang

Answer 6

您无法使用语言基元实现此功能。正如已经指出的那样，abc包在Python 2.6及更高版本中提供了此功能，但是在Python 2.5及更早版本中没有任何选项。 abc包不是Python的新功能；相反，它通过添加显式的“这个类是否声明了它做了什么”检查并手动实现一致性检查来添加功能，在初始化期间如果假设这些声明是错误的，则会导致错误。

Python是一种强烈的动态类型语言。它不指定语言基元，以允许您防止程序编译，因为对象与类型要求不匹配；这只能在运行时发现。如果要求子类实现方法，请记录该方法，然后在盲目地调用该方法时希望它存在。

如果存在，那太棒了，它就可以正常工作；这称为鸭子类型，您的对象已经像鸭子一样嘎嘎叫，以满足接口。即使self是您调用此类方法的对象，也可以正常工作，以满足由于需要具体实现功能（通用函数）的基本方法而需要进行强制覆盖的目的，因为self是一种约定，并不是任何特殊的东西。

例外情况在于__init__，因为在调用初始化程序时，派生类型的初始化程序尚未运行，因此它还没有机会将自己的方法钉到对象上。

如果未实现该方法，则会收到AttributeError（如果根本不存在）或TypeError（如果存在这样的名称但不是函数或其签名不匹配）。由您决定如何处理它-将其称为程序员错误并让它崩溃程序（对于Python开发人员来说，这种错误应该很明显-未满足鸭子接口），或者在发现对象不支持您希望它支持的内容时捕获和处理这些异常。实际上，在许多情况下，捕获AttributeError和TypeError都很重要。

- Adam Norberg

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那么其他答案中提到的abc模块呢？ - user506710

就这个问题而言，Python是强类型语言，只是动态类型的。 - Gintautas Miliauskas

确认。这是我第一次听说abc模块。尽管如此，我仍然保留这个答案，因为它适用于Python 2.6之前的版本（CentOS附带的是2.4），而且鸭子类型在这里仍然有效。 - Adam Norberg

是的，关于鸭子类型的观点很好。通常，在Python编程中，您只需调用您期望的方法而不是强制实施真正的类型约束，这样会更加愉快。abc是指定您想要的鸭子类型的一种不错的选择。 - kindall

Python确实是强类型语言。他指的是静态类型和动态类型。 - Corey Goldberg

我不认为鸭子类型是原因。PHP也是动态类型的，而且PHP5以正常方式支持抽象基类。这是一个（罕见的）例子，PHP而不是Python拥有简单而优雅的解决方案。 - Canuck