• python学习笔记:第20天 多继承、MRO C3算法


    一、多继承

    之前已经学习过了继承,当出现了x是⼀种y的的时候,就可以使⽤继承关系,即"is-a" 关系。在继承关系中,⼦类⾃动拥有⽗类中除了私有属性外的其他所有内容,ython⽀持多继承,⼀个类可以拥有多个⽗类:

    class A:
        def func1(self):
            print('我是A类的func1')
            
    class B:
        def func2(self):
            print('我是B类的func2')
            
    class C(A, B):
        def func3(self):
            print('我是C类的func3')
            
    c = C()
    c.func1()
    c.func2()
    c.func3()
    
    # 结果:
    # 我是A类的func1
    # 我是B类的func2
    # 我是C类的func3
    

    多继承用起来虽然很简单,但是它也会带来一些问题,当两个⽗类中出现了重名⽅法的时候,即出现了二义性,这时该怎么办呢?这时就涉及到如何查找⽗类⽅法的这么⼀个问题,即MRO(method resolution order) 问题,在python中不同版本的MRO查找父类的顺序也不一样:

    • 在python2中存在这两种类:

      • ⼀个叫经典类. 在python2.2之前,⼀直使⽤的是经典类,经典类在基类的根如果什么都不写,表⽰继承xxx.
      • ⼀个叫新式类. 在python2.2之后出现了新式类,新式类的特点是基类的根是object
    • python3

      • python3中使⽤的都是新式类. 如果基类谁都不继承. 那这个类会默认继承object

    二、旧式类的MRO

    旧式类的MRO是通过数型结构的深度优先遍历的顺序查找,深度优先遍历的查找顺序如下:

    两种继承模式在DFS下的优缺点。

    • 第一种通常称为正常继承模式,两个互不相关的类的多继承,这种情况DFS顺序正常,不会引起任何问题;

    • 第二种,棱形继承模式,存在公共父类(D)的多继承这种情况下DFS必定经过公共父类(D),这时候想想,如果这个公共父类(D)有一些初始化属性或者方法,但是子类(C)又重写了这些属性或者方法,那么按照DFS顺序必定是会先找到D的属性或方法,那么C的属性或者方法将永远访问不到,导致C只能继承无法重写(override)。

    旧式类MRO的查找只需要记住一个原则:在经典类中采⽤的是深度优先遍历⽅案. 什么是深度优先. 就是⼀条路走到头. 然后再回来. 继续找下⼀个

    三、新式类的MRO

    python中的新式类的MRO是采⽤的C3算法来完成的。

    c3算法很简单,就看你的代码就够了,不需要去画图。计算方法和公式如下:

    L[C(B1 ... BN)] = C + merge(L[B1] ... L[BN], B1 ... BN)       # 以下的merge函数由L代替(只是书写方式不一样)
    L[object] = object
    
    def merge(seqs):
        print '
    
    CPL[%s]=%s' % (seqs[0][0],seqs),
        res = []; i=0
        while 1:
          nonemptyseqs=[seq for seq in seqs if seq]
          if not nonemptyseqs: return res
          i+=1; print '
    ',i,'round: candidates...',
          for seq in nonemptyseqs: # find merge candidates among seq heads
              cand = seq[0]; print ' ',cand,
              nothead=[s for s in nonemptyseqs if cand in s[1:]]
              if nothead: cand=None #reject candidate
              else: break
          if not cand: raise "Inconsistent hierarchy"
          res.append(cand)
          for seq in nonemptyseqs: # remove cand
              if seq[0] == cand: del seq[0]
    
    def mro(C):
        "Compute the class precedence list (mro) according to C3"
        return merge([[C]]+map(mro,C.__bases__)+[list(C.__bases__)])
    

    以上代码摘自于python官方文档,对于python的MRO C3算法感兴趣的朋友可以看先这里:Python官方对MRO的说明

    先看个例子:

    class A:pass
    class B:pass
    class C:pass
    class E(A,B):pass
    class F(B,C):pass
    class G(E,F):pass
    
    # 求G的MRO查找顺序?
    

    最终结果为:GEAFBC,最终我们可以使⽤class_name.__mro__或者class_name.mro()获取到类的MRO信息。

    我们再来看一个复杂的例子:

    class A:pass
    class B(A):pass
    class C(A):pass
    class D(B, C):pass
    class E(C, A):pass
    class F(D, E):pass
    class M(F, E):pass
    class N:pass
    class P(M,N):pass
    class G(P):pass
    class O:pass
    class X(O):pass
    class H(G, X, F):pass
    
    # 求H的MRO?
    

    照之前的方法处理,可以得到如下结果:

    
    L(H) = H + L(G) + L(X) + L(F) + (GXF)   # ==> H + (GPMFDBECAN) +  (XO) + (FDBECA) + (GXF)       # 得到最终的公式,
                                        (FDBECAN) + (XO) + (FDBECA) + (XF) = HGPM                   # 先提取出HGPMX
                                        (FDBECAN) + (O) + (FDBECA) + (F) = HGPMX                    # 再提取出X
                                        (DBECAN) + (O) + (DBECA) = HGPMXF                           # 再提取F
                                                    ====>  HGPM XFDB ECANO                          # 最终得到结果
    
    L(G) = G + L(P) + P                     # ==> G + (PMFDBECAN) + P = GPMFDBECAN
    L(X) = X + L(O) + O                     # ==> X + (O) + O = XO
    L(P) = P + L(M) + L(N) + (MN)           # ==> P + (MFDBECA) + (N) + (MN) = PMFDBECAN
    L(M) = M + L(F) + L(E) + (FE)           # ==> M + (FDBECA) + (ECA) + (FE) = MFDBECA
    
    L(F) = F + L(D) + L(E) + (DE)           # ==> F + (DBCA) + (ECA) + (DE) = FDBECA
    L(E) = E + L(C) + L(A) + (CA)           # ==> E + (CA) + A + (CA) = ECA
    
    L(D) = D + L(B) + L(C) + (BC)           # ==> D + (BA) + (CA) + (BC) = DBCA
    L(B) = B + L(A) + A                     # BA
    L(C) = C + L(A) + A                     # CA
    L(A) = A
    

    结果如下:

    总结一下:C3是把我们多个类产⽣的共同继承留到最后去找. 所以. 我们也可以从图上来看到相关的规律. 这个要⼤家⾃⼰多写多画图就能感觉到了. 但是如果没有所谓的共同继承关系. 那⼏乎就当成是深度遍历就可以了

    四、super

    super()可以帮我们执⾏MRO中下⼀个⽗类的⽅法,通常super()有两个使⽤的地⽅:

    1. 可以访问⽗类的构造⽅法
    2. 当⼦类⽅法想调⽤⽗类(MRO)中的⽅法
    • super的使用方法:
    class super(object)
     |  super() -> same as super(__class__, <first argument>)
     |  super(type) -> unbound super object
     |  super(type, obj) -> bound super object; requires isinstance(obj, type)
    

    我们先来看第一种情况:子类访问父类的构造方法:

    class A:
        def __init__(self, a, b):
            self.a = a
            self.b = b
            
    class B(A):
        def __init__(self, a, b, c, d):
            super(B, self).__init__(a, b)           # 访问父类的构造方法
            self.c = c
            self.d = d
    b = B(1, 2, 3, 4)
    print(b.__dict__)
    
    # 结果:
    # {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}
    

    第二种情况:⼦类⽅法想调⽤⽗类(MRO)中的⽅法

    class D:
        def func(self):
            print('我是D类的func')
            
    class E:
        def func(self):
            print('我是E类的func')
            
    class C(E):
        def func(self):
            print('我是C类的func')
    
    class B(D):
        def func(self):
            print('我是B类的func1')
            super
    class A(B, C):
        def func(self):
            super().func()
        def func2(self):
            super(D, self).func()                   #  这里可以直接调用MRO中super指定类的下一个类中的方法,即C中的func方法
    
    # A的MRO顺序为: A -> B -> D -> C -> E
    
    a = A()
    a.func()
    # 我是B类的func1
    
    a.func2()
    # 我是C类的func
    

    super的使用:

    • super()super(cls, object).functions的调用是一样的(cls是指调用super方法的那个类,不是指定另一个类而是类本身)
    • super(cls, object).functions可以指定cls,让super调用MRO中指定类的下一个类的方法(上面就是一个很好的例子)

    注意:不管super()写在哪⼉,在哪⼉执⾏,⼀定先找到MRO列表,根据MRO列表的顺序往下找,否则⼀切都是错的

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