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抽象类表示接口。
——Bjarne Stroustrup, C++ 之父
本章讨论的话题是接口：
从鸭子类型的代表特征动态协议，到使接口更明确、能验证实现是否符合规定的抽象基类（Abstract Base Class, ABC）。
接口的定义：对象公开方法的子集，让对象在系统中扮演特定的角色。
协议是接口，但不是正式的（只由文档和约定定义），因此协议不能像正式接口那样施加限制。
允许一个类上只实现部分接口。
接口与协议
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什么是接口
对象公开方法的子集，让对象在系统中扮演特定的角色。
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鸭子类型与动态协议
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受保护的类型与私有类型不能在接口中
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可以把公开的数据属性放在接口中
案例：通过实现 getitem 方法支持序列操作
class Foo:
def __getitem__(self, pos):
return range(0, 30, 10)[pos]
f = Foo()
print(f[1])
for i in f:
print(i)
Foo 实现了序列协议的 __getitem__ 方法。因此可支持下标操作。
Foo 实例是可迭代的对象，因此可以使用 in 操作符
案例：在运行时实现协议——猴子补丁
FrenchDeck 类见前面章节。
FrenchDeck 实例的行为像序列，那么其实可以用 random 的 shuffle 方法来代替在类中实现的方法。
from random import shuffle
from frenchdeck import FrenchDeck
deck = FrenchDeck()
shuffle(deck)
# TypeError: 'FrenchDeck' object does not support item assigment
FrenchDeck 对象不支持元素赋值。这是因为它只实现了不可变的序列协议，可变的序列还必须提供 __setitem__ 方法。
def set_card(deck, pos, card):
deck._cards[pos] = card
FrenchDeck.__setitem__ = set_card
shuffle(deck)
print(deck[:5])
print(deck[:5])
这种技术叫做猴子补丁：在运行是修改类或程序，而不改动源码。缺陷是补丁代码与要打补丁的程序耦合紧密。
抽象基类（abc）
抽象基类是一个非常实用的功能，可以使用抽象基类来检测某个类是否实现了某种协议，而这个类并不需要继承自这个抽象类。
collections.abc 和 numbers 模块中提供了许多常用的抽象基类以用于这种检测。
有了这个功能，我们在自己实现函数时，就不需要非常关心外面传进来的参数的具体类型（isinstance(param, list)），只需要关注这个参数是否支持我们需要的协议（isinstance(param, abc.Sequence）以保障正常使用就可以了。
但是注意：从 Python 简洁性考虑，最好不要自己创建新的抽象基类，而应尽量考虑使用现有的抽象基类。
# 抽象基类
from collections import abc
class A:
pass
class B:
def __len__(self):
return 0
assert not isinstance(A(), abc.Sized)
assert isinstance(B(), abc.Sized)
assert abc.Sequence not in list.__bases__ # list 并不是 Sequence 的子类
assert isinstance([], abc.Sequence) # 但是 list 实例支持序列协议
# 在抽象基类上进行自己的实现
from collections import abc
class FailedSized(abc.Sized):
pass
class NormalSized(abc.Sized):
def __len__(self):
return 0
n = NormalSized()
print(len(n))
f = FailedSized() # 基类的抽象协议未实现，Python 会阻止对象实例化
有一点需要注意：抽象基类上的方法并不都是抽象方法。
换句话说，想继承自抽象基类，只需要实现它上面所有的抽象方法即可，有些方法的实现是可选的。
比如 Sequence.__contains__，Python 对此有自己的实现（使用 __iter__ 遍历自身，查找是否有相等的元素）。但如果你在 Sequence 之上实现的序列是有序的，则可以使用二分查找来覆盖 __contains__ 方法，从而提高查找效率。
我们可以使用 __abstractmethods__ 属性来查看某个抽象基类上的抽象方法。这个抽象基类的子类必须实现这些方法，才可以被正常实例化。
# 自己定义一个抽象基类
import abc
# 使用元类的定义方式是 class SomeABC(metaclass=abc.ABCMeta)
class SomeABC(abc.ABC):
@abc.abstractmethod
def some_method(self):
raise NotImplementedError
class IllegalClass(SomeABC):
pass
class LegalClass(SomeABC):
def some_method(self):
print('Legal class OK')
l = LegalClass()
l.some_method()
il = IllegalClass() # Raises
虚拟子类
使用 register 接口可以将某个类注册为某个 ABC 的“虚拟子类”。支持 register 直接调用注册，以及使用 @register 装饰器方式注册（其实这俩是一回事）。
注册后，使用 isinstance 以及实例化时，解释器将不会对虚拟子类做任何方法检查。
注意：虚拟子类不是子类，所以虚拟子类不会继承抽象基类的任何方法。
# 虚拟子类
import abc
import traceback
class SomeABC(abc.ABC):
@abc.abstractmethod
def some_method(self):
raise NotImplementedError
def another_method(self):
print('Another')
@classmethod
def __subclasshook__(cls, subcls):
"""
在 register 或者进行 isinstance 判断时进行子类检测
https://docs.python.org/3/library/abc.html#abc.ABCMeta.__subclasshook__
"""
print('Subclass:', subcls)
return True
class IllegalClass:
pass
SomeABC.register(IllegalClass) # 注册
il = IllegalClass()
assert isinstance(il, IllegalClass)
assert SomeABC not in IllegalClass.__mro__ # isinstance 会返回 True，但 IllegalClass 并不是 SomeABC 的子类
try:
il.some_method() # 虚拟子类不是子类，不会从抽象基类上继承任何方法
except Exception as e:
traceback.print_exc()
try:
il.another_method()
except Exception as e:
traceback.print_exc()
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