第十二章－继承该如何是好？

[cundi]

第十二章 继承该如何是好

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［我们］开始去推动继承思想，使其成为了新手也可以构建以前只有原专家才可以设计的框架。

— 阿兰.凯《Smalltalk的早期历史》

本章涉及到了继承和子类化，这里有两处特别强调的针对Python的细节：

• 子类化内建类型的陷阱
• 多重继承与方法解析顺序

很多人认为多重继承带来的麻烦远大于其带来的好处。

然而，由于Java特别出色并具有广泛的影响力，这就意味着，在实际编程活动中很多程序员并没有见过多重继承。这就是为什么我们通过两个重要的项目来阐明多重继承的适应范围：Tkinter GUI套件，以及Django web 框架的原因。

我们从子类化内建类型的问题开始。余下的章节会用案例研究并学习多重继承，讨论在构建类的分层设计时会遇到的问题。

子类化内建类型是需要些技巧的

在Python2.2之前，子类化list或者dict这样的内建类型是不可能的。打那以后，Python虽然可以做到子类化内建类型，但是仍然要面对的重要警告是：内建的代码（由C语言重写）并不会调用被通过用户自定义类所覆盖的特殊方法。

对问题的准确描述都放在了PyPy文档，以及内建类型的子类化一节中的PyPy和CPython之间差异：

正式地来说，Cpython对完全地重写内建类型的子类方法时是否明确地调用毫无规则可循。大略上，这些方法从来没有被其他的相同对象的内建方法所调用。例如，dict子类中的重写__getitem__()不会被get()这样的内建方法调用。

例子12-1阐明了此问题。

例子12-1。重写的__setitem__被dict的__init__和__update__方法所忽略。

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>>> class DoppelDict(dict):
...     def __setitem__(self, key, value):
...         super(DoppelDict, self).__setitem__(key, [value] * 2)  # 1...
>>> dd = DoppelDict(one=1)  # 2
>>> dd
{'one': 1}
>>> dd['two'] = 2  # 3
>>> dd
{'one': 1, 'two': [2, 2]}
>>> dd.update(three=3)  # 4>
>> dd
{'three': 3, 'one': 1, 'two': [2, 2]}

1:存储时DoppelDict.__setitem__会使值重复（由于这个不好原因，因此必须有可见的效果）。它在委托到超类时才会正常运行。

2:继承自dict的__init__方法，明确地忽略了重写的__setitem__：'one'的值并没有重复。

3：[]运算符调用__setitem__，并如所希望的那样运行：'two'映射到了重复的值[2， 2]。

4：dict的update方法也没有使用我们定义的__setitem__：值'three'没有被重复。

该内建行为违反了面向对象的基本准则：方法的搜索应该总是从目标实例（self）的类开始，甚至是调用发生在以超类实现的方法之内部。在这样的悲观的情形下，

问题是在一个实例内部没有调用的限制，例如，不论self.get()是否调用self.__getitem__()，都会出现会被内建方法所调用其他类的方法被重写。下面是改编自PyPy文档的例子：

例子12-2。AnswerDict的__getitem__被dict.update所忽略。

>>> class AnswerDict(dict):
...     def __getitem__(self, key):  # 1
...
return 42
...
>>> ad = AnswerDict(a='foo')  # 2
>>> ad['a']  # 3
42
>>> d = {}
>>> d.update(ad)  # 4
>>> d['a']  # 5
'foo'
>>> d
{'a': 'foo'}

1：AnserDict.__getitem__总是返回42,不论键是什么。

2：ad是一个带有键值对('a', 'foo')的AnswerDict。

3：ad['a']如所期望的那样返回42。

4：d是一个普通使用ad更新的dict实例。

5：dict.update方法忽略了AnserDict.__getitem__。

警告

直接地子类化类似dict或者list或者str这样的内建类型非常容易出错，因为大多数的内建方法会忽略用户所定义的重写方法。从被设计成易于扩展的collections模块的UserDict，UserList和UserString派生类，而不是子类化内建。

如果你子类化collections.UserDict而不是dict，那么例子12-1和例子12-2中的问题都会被该解决。见例子12-3。

例子12-3。DoppelDict2和AnswerDict2一如所希望的运行，因为它们扩展的是UserDict而不是dict。

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>>> import collections
>>>
>>> class DoppelDict2(collections.UserDict):
...     def __setitem__(self, key, value):
...         super().__setitem__(key, [value] * 2)
...
>>> dd = DoppelDict2(one=1)
>>> dd
{'one': [1, 1]}
>>> dd['two'] = 2
>>> dd
{'two': [2, 2], 'one': [1, 1]}
>>> dd.update(three=3)
>>> dd
{'two': [2, 2], 'three': [3, 3], 'one': [1, 1]}
>>>
>>> class AnswerDict2(collections.UserDict):
...     def __getitem__(self, key):
...         return 42
...
>>> ad = AnswerDict2(a='foo')
>>> ad['a']
42
>>> d = {}
>>> d.update(ad)
>>> d['a']
42
>>> d
{'a': 42}

为了估量内建的子类工作所要求体验，我重写了例子3-8中StrKeyDict类。继承自collections.UserDict的原始版本，由三种方法实现：__missing__，___contains__和__setitem__。

总结：本节所描述的问题仅应用于在C语言内的方法委托实现内建类型，而且仅对用户定义的派生自这些的类型的类有效果。如果你在Python中子类化类编程，比如，UserDict或者MutableMapping，你不会遇到麻烦的。

还有问题就是，有关继承，特别地的多重继承：Python如何确定哪一个属性应该使用，如果超类来自并行分支定义相同的名称的属性，答案在下面一节。

多重继承以及方法解析顺序

当不关联的祖先类实现相同名称的方法时，任何语言实现多重继承都需要解决潜在的命名冲突。这称做“钻石问题”，一如图表12-1和例子12-4所描述。

图片：

图表12-1.左边：UML类图表阐明了“钻石问题”。右边：虚线箭头为例子12-4描绘了Python MRO（方法解析顺序）.
例子12-4. diamond.py：类A，B， C，和D构成了图表12-1中的图。

class A:
    def ping(self):
        print('ping:', self)


class B(A):
    def pong(self):
        print('pong:', self)


class C(A):
    def pong(self):
        print('PONG:', self)


class D(B, C):

    def ping(self):
        super().ping()
        print('post-ping:', self)

    def pingpong(self):
        self.ping()
        super().ping()
        self.pong()
        super().pong()
        C.pong(self)

注意类B和C都实现了pong方法。唯一的不同是C.pong输出大写的单词PONG。

如果你对实例D调用d.pong()，实际上哪一个pong方法会运行呢？对于C++程序员来说他们必须具有使用类名称调用方法，以解决这个模棱两可的问题。这样的问题在Python中也能够解决。看下例子12-5就知道了。

例子12-5.对类D的实例的pong方法调用的两种形式。

>>> from diamond import *
>>> d = D()
>>> d.pong()  #  1
pong: <diamond.D object at 0x10066c278>
>>> C.pong(d)  #  2
PONG: <diamond.D object at 0x10066c278>

1: 简单地调用d.pong导致B的运行。
2: 你可以总是直接地对调用超类的方法，传递实例作为明确的参数。

像d.pong()这样的模棱两可的调用得以解决，因为Python在穿越继承图时，遵循一个特定的顺序。这个顺序就叫做MRO：方法解析顺序。类有一个被称为__mro__的属性，它拥有使用MRO顺序的超类的引用元组，即，当前的类的所有到object类的路径。拿类D来说明什么是__mro__（参见 图表12-1）：

>>> D.__mro__
(<class 'diamond.D'>, <class 'diamond.B'>, <class 'diamond.C'>,
<class 'diamond.A'>, <class 'object'>)

推荐的调用超类的委托方法就是内建的super()函数，这样做是因为在Python3中较易使用，就像例子12-4中的类D的pingpong方法所阐述的那样。不过，有时候忽略MRO，对超类直接地调用方法也是也可以的，而且很方便。例如，D.ping方法可以这样写：

    def ping(self):
        A.ping(self)  # instead of super().ping()
        print('post-ping:', self)

注意，当调用直接调用一个类的实例时，你必须明确地传递self，因为你访问的是unbound method。

不过，这是最安全的而且更未来化的使用super()，特别是在调用一个框架的方法时，或者任何不受你控制的类继承时。例子12-6演示了在调用方法时super()对MRO的遵循。

例子12-6。使用super()去调用ping（源码见例子12-4）。

真实世界中的多重继承

应对多重继承

1. 接口继承和接口实现之间的区别

继承

2. 使用ABC让接口更清晰

3. 为了代码重复利用而使用mixin

[istommao]

其他的章节 怎么没有啊？

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@istommao 业余时间不够用？