Question

从 Python 2.6 开始，标准库提供了抽象基类。大多数抽象基类在 collections.abc 模块中定义，不过其他地方也有。例如，numbers 和 io 包中有一些抽象基类。但是，collections.abc 中的抽象基类最常用。我们来看看这个模块中有哪些抽象基类。

11.6.1　collections.abc模块中的抽象基类

　标准库中有两个名为 abc 的模块，这里说的是 collections.abc。为了减少加载时间，Python 3.4 在 collections 包之外实现这个模块（在 Lib/_collections_abc.py 中），因此要与 collections 分开导入。另一个 abc 模块就是 abc（即 Lib/abc.py），这里定义的是 abc.ABC 类。每个抽象基类都依赖这个类，但是不用导入它，除非定义新抽象基类。

Python 3.4 在 collections.abc 模块中定义了 16 个抽象基类，简要的 UML 类图（没有属性名称）如图 11-3 所示。collections.abc 的官方文档中有个不错的表格，对各个抽象基类做了总结，说明了相互之间的关系，以及各个基类提供的抽象方法和具体方法（称为“混入方法”）。图 11-3 中有很多多重继承。我们将在第 12 章着重说明多重继承，讨论抽象基类时通常不用考虑多重继承。6

6Java 认为多重继承有危害，因此没有提供支持，但是提供了接口：Java 的接口可以扩展多个接口，而且 Java 的类可以实现多个接口。

图 11-3：collections.abc 模块中各个抽象基类的 UML 类图

下面详述图 11-3 中那一群基类。

Iterable、Container 和 Sized

各个集合应该继承这三个抽象基类，或者至少实现兼容的协议。Iterable 通过 __iter__ 方法支持迭代，Container 通过 __contains__ 方法支持 in 运算符，Sized 通过 __len__ 方法支持 len() 函数。

Sequence、Mapping 和 Set

这三个是主要的不可变集合类型，而且各自都有可变的子类。MutableSequence 的详细类图见图 11-2；MutableMapping 和 MutableSet 的类图在第 3 章中（见图 3-1 和图 3-2）。

MappingView

在 Python 3 中，映射方法 .items()、.keys() 和 .values() 返回的对象分别是 ItemsView、KeysView 和 ValuesView 的实例。前两个类还从 Set 类继承了丰富的接口，包含 3.8.3 节所述的全部运算符。

Callable 和 Hashable

这两个抽象基类与集合没有太大的关系，只不过因为 collections.abc 是标准库中定义抽象基类的第一个模块，而它们又太重要了，因此才把它们放到 collections.abc 模块中。我从未见过 Callable 或 Hashable 的子类。这两个抽象基类的主要作用是为内置函数 isinstance 提供支持，以一种安全的方式判断对象能不能调用或散列。7

7若想检查是否能调用，可以使用内置的 callable() 函数；但是没有类似的 hashable() 函数，因此测试对象是否可散列，最好使用 isinstance(my_obj, Hashable)。

Iterator

注意它是 Iterable 的子类。我们将在第 14 章详细讨论。

继 collections.abc 之后，标准库中最有用的抽象基类包是 numbers。下面就来介绍。

11.6.2　抽象基类的数字塔

numbers 包定义的是“数字塔”（即各个抽象基类的层次结构是线性的），其中 Number 是位于最顶端的超类，随后是 Complex 子类，依次往下，最底端是 Integral 类：

Number

Complex

Real

Rational

Integral

因此，如果想检查一个数是不是整数，可以使用 isinstance(x, numbers.Integral)，这样代码就能接受 int、bool（int 的子类），或者外部库使用 numbers 抽象基类注册的其他类型。为了满足检查的需要，你或者你的 API 的用户始终可以把兼容的类型注册为 numbers.Integral 的虚拟子类。

与之类似，如果一个值可能是浮点数类型，可以使用 isinstance(x, numbers.Real) 检查。这样代码就能接受 bool、int、float、fractions.Fraction，或者外部库（如 NumPy，它做了相应的注册）提供的非复数类型。

　decimal.Decimal 没有注册为 numbers.Real 的虚拟子类，这有点奇怪。没注册的原因是，如果你的程序需要 Decimal 的精度，要防止与其他低精度数字类型混淆，尤其是浮点数。

了解一些现有的抽象基类之后，我们将从零开始实现一个抽象基类，然后实际使用，以此实践白鹅类型。这么做的目的不是鼓励每个人都立即开始定义抽象基类，而是教你怎么阅读标准库和其他包中的抽象基类源码。