前言

在《抽象基类（ABC）》中，基于C++讲述抽象基类。尽管Python设计上以鸭子类型为主，但仍有抽象基类（ABC）的一席之地，它被封装在了abc模块中供程序员使用。

abc模块有以下两个主要功能：

• 某种情况下，判定某个对象的类型，如：isinstance(a, Sized)

• 强制子类必须实现某些方法，即ABC类的派生类

  判断类型

  当我们判断一个对象是否存在某个方法时，可以使用内置方法hasattr()。

  class A(object):
   def __len__(self):
       pass
  
  if __name__ == "__main__":
   a = A()
   print("存在__len__方法" if hasattr(a, "__len__") else "没有__len__方法")
  
  # 输出：
  存在__len__方法

  但在Python中，使用hasattr()并非优雅解法，这里建议isinstance()。

abc模块中定义了Sized类，利用Sized可以判断一个对象里是否存在__len__方法，即：可否对这个对象使用len()函数。

from collections.abc import Sized

class A(object):
    def __len__(self):
        pass

if __name__ == "__main__":
    a = A()
    print("存在__len__方法" if isinstance(a, Sized) else "没有__len__方法")

# 输出：
存在__len__方法

isinstance实现原理

让我们看看Sized类的源码：

class Sized(metaclass=ABCMeta):

    __slots__ = ()

    @abstractmethod
    def __len__(self):
        return 0

    @classmethod
    def __subclasshook__(cls, C):
        if cls is Sized:
            return _check_methods(C, "__len__")
        return NotImplemented

Sized类改写了__subclasshook__魔法方法，使其可以通过isinstance()判断对象是否含有__len__方法。同时，这个类必须基于元类abc.ABCMeta。我们也可以依葫芦画瓢，实现一个用来判断对象是否存在greet()函数的类，尽管并不严谨：

import abc

class A(metaclass=abc.ABCMeta):
    @classmethod
    def __subclasshook__(cls, subclass):
        # 存在greet()返回True，不存在返回False
        if hasattr(subclass, "greet"):
            return True
        return False

class B(object):
    def greet(self):  # 定义了greet()方法
        pass

class C(object):  # 没有greet()方法
    pass

class D(B):  # 继承自B类，因此继承了greet()方法
    pass

if __name__ == "__main__":
    b = B()
    c = C()
    d = D()

    print(isinstance(b, A))  # True
    print(isinstance(c, A))  # False
    print(isinstance(d, A))  # True

注意，此时A类可以被实例化，因为它还不是抽象基类。

实现ABC类

C++中利用纯虚函数实现抽象基类，Python中写法如下：

import abc

class A(metaclass=abc.ABCMeta):
    # 利用装饰器修饰greet()
    @abc.abstractmethod
    def greet(self):
        print("hell world")

if __name__ == "__main__":
    a = A()

解释器如期抛错：

TypeError: Can't instantiate abstract class A with abstract methods greet

这是因为A类现在就是一个抽象基类了，不可以被实例化，同时，它的子类还必须实现greet()方法，否则实例化子类时解释器也要报错：

import abc

class A(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod
    def greet(self):
        pass

class B(A):
    def greet(self):
        pass

class C(A):
    pass

if __name__ == "__main__":
    b = B()  # 正常实例化
    c = C()  # 解释器抛错

# 输出：
# C类中没有定义greet()方法导致的报错
Traceback (most recent call last):
  File "xxx", line xxx, in <module>
    c = C()
TypeError: Can't instantiate abstract class C with abstract methods greet

其他基类

abc模块中还有实现了其他抽象基类，可以用来判断类型或是继承方法，这里不做详述了：

__all__ = ["Awaitable", "Coroutine",
           "AsyncIterable", "AsyncIterator", "AsyncGenerator",
           "Hashable", "Iterable", "Iterator", "Generator", "Reversible",
           "Sized", "Container", "Callable", "Collection",
           "Set", "MutableSet",
           "Mapping", "MutableMapping",
           "MappingView", "KeysView", "ItemsView", "ValuesView",
           "Sequence", "MutableSequence",
           "ByteString",
           ]

文件所在路径：...lib\_collocetions_abc.py

总结

• abc模块中定义的类兼顾了继承抽象基类与鸭子类型的设计方式。你既可以通过继承Sized来拥有__len__方法，此时instance(对象, Sized)返回True；也可以在自己设计的类中实现__len__，instance(对象, Sized)仍然返回True。
• 对抽象基类来说，需要用到装饰器@abc.abstractmethod；对于鸭子类型来说，需要重写__subclasshook__魔法方法。
• 以上都是基于元类abc.ABCMeta实现的。顺便提醒，注意import abc与from collections import abc各自的区别。