Python中的对象行为与特殊方法(二)类型检查与抽象基类

类型检查

创建类的实例时，该实例的类型为类本身：

class Foo(object):
    pass

f = Foo()

要测试实例是否属于某个类，可以使用type()内置函数：

>>> type(f) == Foo
True

当然，python中不建议如此检查，更好的办法是使用内置类型检查函数isinstance(obj, cls)：

>>> isinstance(f, Foo)
True

同样的，内置函数issubclass(cls1, cls2)可以用做子类的检查：

class SubFoo(Foo):
    pass

>>> issubclass(SubFoo, Foo)
True

这两个内置函数的第二个参数可以是一个单独的类，也可以是几个类的元组：

>>> isinstance(1, (str, int))
True

以下两个特殊方法可用于重新定义这两个内置函数：

__instancecheck__(cls, obj)

__subclasscheck__(cls, subcls)

鸭子类型

python是门动态语言，调用对象的时候是不用考虑对象的类型的，而只需要对象有某些特定的属性或者行为即可，也就是鸭子类型。

为了保持程序的松散耦合，我们可以不用继承，而只是模仿一些对象的行为：

class File(object):
    def open(self):
        print 'open File'


class FileLike(object):
    def open(self):
        print 'open FileLike'

        
def foo(f):
    f.open()

只要定义了open()方法的实例，就可以作为函数foo()的参数：

>>> f = File()
>>> fl = FileLike()
>>> foo(f)
open File
>>> foo(fl)
open FileLike

当我们测试对象是否可以作为foo()的参数时，要同时进行两次isinstance()类型检查，如果类型更多的话呢？

现在我们可以将File和FileLike分组并对其进行一次类型检查：

class FileLikeClass(object):
    def __init__(self):
        self.reg = set()
        
    def register(self, cls):
        self.reg.add(cls)

    def __instancecheck__(self, obj):
        return self.__subclasscheck__(type(obj))

    def __subclasscheck__(self, subcls):
        return any(cls in self.reg for cls in subcls.mro())


flc = FileLikeClass()
flc.register(File)
flc.register(FileLike)

上述代码使用FileLikeClass创造一个对象，将要检查的类型放入对象的一个集合属性中，然后重新定义__instancecheck__(cls, obj)与__subclasscheck__(cls, subcls)方法，

进行子类检查时，会检查子类及子类的基类是否在集合中，进行类型检查时，会检查对象的类型是否是集合中的类的子类：

>>> f = File()
>>> isinstance(f, flc)
True
>>> fl = FileLike()
>>> isinstance(fl, flc)
True

当然，python提供了一种更正式的机制来分组对象，定义接口并进行类型检查----抽象基类

抽象基类

要定义抽象基类，需要使用abc模块，该模块定义一个元类(ABCMeta)和两个装饰器(@abstractmethod，抽象方法)与(@abstractproperty， 抽象特性)，使用方法如下：

from abc import ABCMeta, abstractmethod, abstractproperty

class AbsFile(object):
    __metaclass__ = ABCMeta

    @abstractmethod
    def open(self):
        pass

抽象基类就是定义各种方法而不做具体实现的类，抽象基类是无法实例化的：

>>> AbsFile()
TypeError: Can't instantiate abstract class AbsFile with abstract methods open

任何继承自抽象基类的类也必须实现这些方法，否则无法实例化：

class File(AbsFile):
    pass

实例化失败：

>>> File()
TypeError: Can't instantiate abstract class File with abstract methods open

需定义open方法：

class File(AbsFile):
    def open(self):
        print 'open File'

当然抽象基类中也可以对抽象方法进行具体实现，在子类中可以通过super()来调用：

class AbsFile(object):
    __metaclass__ = ABCMeta

    @abstractmethod
    def open(self):
        print 'open AbsFile'
    

class File(AbsFile):
    def open(self):
        super(File, self).open()
        print 'open File'

实例化：

>>> File().open()
open AbsFile
open File

如果只想执行类型检查的话，可以使用register()方法：

from abc import ABCMeta, abstractmethod, abstractproperty

class AbsFile(object):
    __metaclass__ = ABCMeta

    @abstractmethod
    def open(self):
        pass
    

class File(object):
    pass

AbsFile.register(File)

向抽象基类注册某个类时，是不会检查该类是否实现了抽象基类的抽象方法或者特性的，只会影响类型检查：

>>> f = File()
>>> isinstance(f, AbsFile)
True

python的collections模块定义了与序列，集合和字典有关的各种抽象基类，numbers模块定义了与数字有关的抽象基类。