在python中,如何实现抽象类的效果?

我们都知道,在java中有接口(interface)的概念,类可以实现多个接口,但是必须要实现所有接口中的方法,但是在python 中并没有接口的概念,类可以通过多继承的方式继承自多个类,现在如果我们想要实现在java中的接口的效果,强制要求子类必须实现一些方法,该如何操作呢?

抽象类的实现

python 在有个ABCMeta类,如果定义类的时候,设置元类(metaclass) 为 ABCMeta 时,并且定义了抽象方法,则该类不可以直接初始化。

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
import abc


class Runable(metaclass=abc.ABCMeta):

    @abc.abstractmethod
    def run(self):
        pass


r = Runable()

上面我们定义了一个Runable 类,并设置元类为abc.ABCMeta,我们在该类中定义了一个run方法,并且使用@abc.abstractmethod 进行装饰,这种情况下,当尝试使用 r = Runable() 来初始化一个实例时,则会抛出一个异常 TypeError: Can't instantiate abstract class Runable with abstract method run

但是如果将@abc.abstractmethod 装饰器去掉,则可以正常的实例化

我们也可以继承自abc.ABC类来定义类,效果和上面是一样的,abc.ABC 类是一个包装类

1
2
3
4
5
class ABC(metaclass=ABCMeta):
    """Helper class that provides a standard way to create an ABC using
    inheritance.
    """
    __slots__ = ()
1
2
3
4
5
class Runable(abc.ABC):

    def run(self):
        print("can run .....")
       

如果在定义类的时候,既没有继承abc.ABC,也没有设置metaclass=ABCMeta,则即使在方法上加上abstractmethod装饰器,也不会起到抽象类的作用,还是可以正常的初始化实例。 但是如果没有定义抽象方法,也是可以正常的实例的

所以我们得出以下结论,想要实现抽象类的效果,即要满足两个条件

  1. 类继承自abc.ABC或者 设置元类为abc.ABCMeta
  2. 在类中定义抽象方法,即使用abc.abstractmethod装饰的方法

实现抽象类的子类

抽象类的初衷是定义规则,要求子类必须要实现哪些方法,当某个子类继承自某个抽象类,并且全部实现了抽象类中的方法,则该类可以正常的实例化,否则也不可以实例化

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
class Runable(metaclass=abc.ABCMeta):

    @abc.abstractmethod
    def run(self):
        pass

    @abc.abstractmethod
    def walk(self):
        pass

class Dog(Runable):
    def run(self):
        print("dog run ")

上面的Dog 类只是实现了Runable 的run方法,并没有实现walk 方法,则还是不能正常地实例化。

这里有一个注意点,子类对于父类中的抽象方法,并不一定要求和抽象方法的函数签名一致,这点真的是很诧异, 😂 看以下代码

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
class Runable(metaclass=abc.ABCMeta):

    @abc.abstractmethod
    def run(self):
        pass

    @abc.abstractmethod
    def walk(self, name):
        pass

class Dog(Runable):
    def run(self):
        print("dog run ")

    def walk(self):
        print("dog walk")
        
d = Dog()
d.run()
d.walk()

抽象类Runable 中定义walk 方法的签名为 def walk(self, name): 这里需要有一个name参数, 但是子类在实现的时候,并没有该参数,在python 中,认为这种也算实现了walk 抽象方法,但是IDE会给出一个警告 Signature of method 'Dog.walk()' does not match signature of base method in class 'Runable' 上面的代码可以正常的运行,也就是说,Dog 类可以正常地初始化,这个就不得吐槽一下了!