在Python中定义和使用 抽象类及抽象

原文链接：Http://www.jb51.net/article/87710.htm

本文根据自己的理解和思考，对原文略有改动。。。

python中我们可以使用abc模块来构建抽象类。在讲抽象类之前，先说下抽象方法的实现。

抽象方法是基类中定义的方法，但却没有任何实现。在Python中实现一个抽象方法的简单的方法是：

class Sheep(object):
    def __init__(self):
        print '__init__ is called!'
    def get_size(self):
        raise NotImplementedError
s=Sheep()#生成一个实例。注意实例化时，并没有抛出错误
s.get_size()#只有调用该方法时才会抛出错误

任何从Sheep继承下来的子类必须实现（重写）get_size方法，否则就会抛出一个错误。
但这种实现方法有个缺点：定义的子类只有调用那个方法时才会抛错。
这里有个简单方法可以在类被实例化时触发它：使用python提供的abc模块。

import abc
class Sheep(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractmethod
    def get_size(self):
        return
    
class sheepson(Sheep):
    def __init__(self):
        print 'sheepson.__init__ is called!'
    
s1=Sheep()   #报错，不能实例化抽象类
s2=sheepson()#报错，不能实例化抽象类

这里实例化Sheep类或实例化任意从其继承的子类（未实现get_size）时候都会抛出异常。
因此，通过定义抽象类，可以定义子类的共同method（强制其实现）。
如何使用抽象类：

import abc 
class A(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractmethod
    def load(self, input):
        return
    @abc.abstractmethod
    def save(self, output, data):
        return

通过ABCMeta元类来创建一个抽象类, 使用abstractmethod装饰器来表明抽象方法
注册具体类：

import abc 
class A(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractmethod
    def load(self, input):
        return
    @abc.abstractmethod
    def save(self, output, data):
        return

class B(object):
    def load(self, input):
        return input.read()
    def save(self, output, data):
        return output.write(data)

A.reGISter(B)#从抽象类注册一个具体的类
 
if __name__ == '__main__':
    print issubclass(B, A)    # print True
    print isinstance(B(), A)  # print True

使用继承抽象类的方法来实现具体类：

import abc 
class A(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractmethod
    def load(self, input):
        return
    @abc.abstractmethod
    def save(self, output, data):
        return

class B(A):
    def load(self, input):
        return input.read()
    def save(self, output, data):
        return output.write(data)

class C(A):
    def load(self, input):
        return input.read()
    def save(self, output, data):
        return output.write(data)

if __name__ == '__main__':
    print issubclass(B, A)    # print True
    print isinstance(B(), A)  # print True
    print issubclass(C, A)    # print True
    print isinstance(C(), A)  # print True

可以使用继承抽象类的方法来实现具体类，这样可以避免使用register。
但是副作用是可以通过基类找出所有的具体类。。。。。

print A.__subclasses__()
for subclass in A.__subclasses__():
    print subclass.__name__

使用继承的方式会找出所有的具体类，但如果使用register的方式则不会被找出。。。
使用__subclasshook__ ：
使用__subclasshook__后只要具体类定义了与抽象类相同的方法就认为是他的子类。

import abc
class A(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractmethod
    def say(self):
        return 'say yeah'
    @claSSMethod
    def __subclasshook__(cls, C):
        if cls is A:
            if any("say" in B.__dict__ for B in C.__mro__):
                return True
        return NotImplemented
 
class B(object):
    def say(self):
        return 'hello'
 
print issubclass(B, A)    # True
print isinstance(B(), A)  # True
print B.__dict__      # {'say': <function say at 0x7f...>, ...}
print A.__subclasshook__(B) # True

不完整的实现：

import abc 
class A(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractmethod
    def load(self, input):
        return
    @abc.abstractmethod
    def save(self, output, data):
        return
    
class D(A):#类D继承了类A，重写了save方法，但没有重写load方法，因此，类Ｄ仍然是抽象类，不可实例化
    def save(self, output, data):
        return output.write(data)
 
if __name__ == '__main__':
    print issubclass(D, A)    # print True
    print isinstance(D(), A)  # raise TypeError

构建不完整的具体类，实际上仍然是抽象类，仍然不可实例化。。。
具体类中使用抽象基类：

import abc 
from cStringIO import StringIO
class A(object):#包含抽象方法的类称为抽象类，抽象类不可实例化
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractmethod
    def retrieve_values(self, input):
        print 'base class reading data'
        return input.read()

class B(A):
    def retrieve_values(self, input):
        base_data = super(B, self).retrieve_values(input)
        print 'subclass sorting data'
        response = sorted(base_data.splitlines())
        return response

input = StringIO("""line one
line two
line three
""")
reader = B()
print reader.retrieve_values(input)

运行结果：
base class reading data
subclass sorting data
['line one', 'line three', 'line two']
可以使用super来重用抽象基类中的罗辑, 但会迫使子类提供覆盖方法。
抽象属性：

import abc
class A(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractproperty
    def value(self):
        return 'should never get here.'
 
class B(A):
    @property
    def value(self):
        return 'concrete property.'
    
try:
    a = A()#Can't instantiate abstract class A with abstract methods value
    print 'A.value', a.value
except TypeError, err:
    print type(err)
    print err
    print str(err)
    print 'TypeError: ', str(err)
 
b = B()
print 'B.value:', b.value

运行结果：
<type 'exceptions.TypeError'>
Can't instantiate abstract class A with abstract methods value
Can't instantiate abstract class A with abstract methods value
TypeError:  Can't instantiate abstract class A with abstract methods value
B.value: concrete property.
定义抽象的读写属性：

import abc  
class A(object):  
    __metaclass__ = abc.ABCMeta  
    def get_value(self):  
        return 'Should never see this.'  
    def set_value(self, value):  
        return  
    value = abc.abstractproperty(get_value, set_value)#value是 抽象的读写属性。 
   
class B(A):  
    @abc.abstractproperty  
    def value(self):#重写value方法，但依然是抽象属性。
        return 'read-only'  

class C(A):  
    _value = 'default value' #类的属性，所有实例可以共享  
    def get_value(self):  
        return self._value  
    def set_value(self, value):  
        self._value = value  
    #定义具体类的property时必须与抽象类的abstract property相同。如果只覆盖其中一个将不会工作。。  
    value = property(get_value,set_value)#此时的value是 具体的读写属性。

try:  
    a = A()  
    print a.value  
except Exception, err:  
    print str(err)  

try:  
    b = B()  
    print b.value  
except Exception, err:  
    print str(err)  
   
c = C()  
print C._value #通过类名 访问类的属性  
print c.value #访问实例c自己的_value属性，但此时，实例c自己没有_value属性，因此实际访问的是类的 _value属性  
c.value = 'hello' #为实例c添加一个_value属性，赋初值为'hello'  
print c.value #访问实例c自己的_value属性  
print C._value #访问类的_value属性  

运行结果：
Can't instantiate abstract class A with abstract methods value
Can't instantiate abstract class B with abstract methods value
default value
default value
hello
default value
注意：定义具体类的property时必须与抽象的abstract property相同。如果只覆盖其中一个将不会工作。
使用装饰器语法来实现读写的抽象属性, 读和写的方法名应该相同。

import abc
class A(object):
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abc.abstractproperty
    def value(self):
        return 'should never see this.'
    @value.setter
    def value(self, _value):
        return
 
class B(A):
    _value = 'default'
    @property
    def value(self):
        return self._value
    @value.setter
    def value(self, _value):
        self._value = _value
 
b = B()
print b.value    #尝试访问实例b的_value属性，但b自己没有该属性，因此访问的是类的_value属性。
b.value = 'hello'#为实例b添加_value属性，初始值为'hello'
print b.value    #访问实例b自己的_value属性

运行结果：
default
hello

（完）