Question

跟其他编程语言一样，Python也支持多继承。多继承的语法非常简单。

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3)

谈到多继承，我们来讨论一下图6-3所示的菱形继承的经典问题。

图6-3　多继承UML示意图

假设有图6-3所示继承关系，当用古典类实现的时候，如果有实例d=D()，当调用d.getvalue()和d.show()方法的时候分别对应哪个父类中的方法？当改为新式类来实现时，结果又将是怎样的呢？我们来看具体实现：

class A():
     def getvalue(self):
         print "return value of A"
     def show(self):
         print "I can show the information of A"
class B(A):
     def getvalue(self):
         print "return value of B"
class C(A):
     def getvalue(self):
         print "return value of C"
     def show(self):
         print "I can show the information of C"
class D(B,C):pass

当用古典类实现的时候我们会发现，分别调用的是B类的getvalue()方法和A类中的show()方法，而当改为新式类实现（请读者自行验证）的时候，结果却变为调用B类的getvalue()方法和C类的show()方法。从两种不同实现方式的输出上也可以证实这一点。

古典类输出如下：

     return value of B
I can show the information of A

新式类输出如下：

     return value of B
I can show the information of C

为什么两种情况下输出结果会有所不同呢？这背后到底发生了什么？根本原因在哪里？实际上，导致这些不同点的根本原因在于古典类和新式类之间所采取的MRO（Method Resolution Order，方法解析顺序）的实现方式存在差异。

在古典类中，MRO搜索采用简单的自左至右的深度优先方法，即按照多继承申明的顺序形成继承树结构，自顶向下采用深度优先的搜索顺序，当找到所需要的属性或者方法的时候就停止搜索。因此如图6-3所示，当调用d.getvalue()的时候，其搜索顺序为D->B，所以调用的是B类中对应的方法。而d.show()的搜索顺序为D->B->A，因此最后调用的是A类中对应的方法。

而新式类采用的是C3 MRO搜索方法，该算法描述如下：

假定，C1C2...CN表示类C1到CN的序列，其中序列头部元素(head)=C1，序列尾部(tail)定义为=C2..CN；

C继承的基类自左向右分别表示为B1，B2...BN；

L[C]表示C的线性继承关系，其中L[object]=object。

算法具体过程如下：

L[C(B1 ... BN)] = C + merge(L[B1] ... L[BN], B1 ... BN)

其中merge方法的计算规则如下：在L[B1]...L[BN],B1...BN中，取L[B1]的head，如果该元素不在L[B2]...L[BN],B1...BN的尾部序列中，则添加该元素到C的线性继承序列中，同时将该元素从所有列表中删除（该头元素也叫good head），否则取L[B2]的head。继续相同的判断，直到整个列表为空或者没有办法找到任何符合要求的头元素（此时将引发一个异常）。

我们结合上面的例子来说明C3 MRO算法的具体计算方法，以新式类实现的上述菱形继承关系如图6-4所示。

根据算法规则有如下关系表达式：

L(O)=O
；L(A)=AO
；

则：

L(B)=B+merge(L(A))=B+merge(AO)=B+A+merge(O,O)=B,A,O
L(C)=C+merge(L(A))=C+merge(AO)=C+A+merge(O,O)=C,A,O
L(D)=D+merge(L(B),L(C),BC)
  =D+merge(BAO,CAO,BC)
  =D+B+merge(AO,CAO,C)(
下一个计算取AO
的头A
，但A
包含在CAO
的尾部，因此不满足条件，
跳到下一个元素CAO
继续计算)
  =D+B+C+merge(AO,AO)
  =D+B+C+A+O =DBCAO

因此对于上述例子，当D的实例d调用getvalue()和show()方法时按照D->B->C->A->O的顺序进行搜索，在第一个找个该方法的位置停止搜素并调用该类对应的方法，因此getvalue()会在B的类中找到对应的方法，而show会在C()类中找到对应的方法。

关于MRO的搜索顺序我们也可以在新式类中通过查看__mro__属性得到证实。D.__mro__的输出如下：

(<class'__main__.D'>,<class'__main__.B'>,<class'__main__.C'>,<class'__mai
n__.A'>,<type'object'>)

实际上MRO虽然叫方法解析顺序，但它不仅是针对方法搜索，对于类中的数据属性也适用。读者可以自行验证。

根据C3 MRO算法的描述，如果找不到满足条件的good head，则会摒弃该元素从而对下一个元素进行查找。但如果找遍了所有的元素都找不到符合条件的good head会怎么样呢？来看一个具体例子。

class A(object): pass
class B(object): pass
class C(A, B): pass   ... ... ... ...
①基类顺序为A
，B
class D(B, A): pass   ... ... ... ...
②基类顺序为B
，A
class E(C, D): pass

运行程序我们会发现这种情况下有异常抛出。

TypeError: Error when calling the metaclass bases
   Cannot create a consistent method resolution
order (MRO) for bases B, A

根据上述代码的继承关系图（请读者自行画出）和MRO算法可以得出：

L(E)=E+merge(L(C),L(D),CD)
  =E+merge(CABO,CBAO,CD)
  =E+C+merge(ABO,BAO,D)
  =E+C+D+merge(ABO+BAO)

当算法进行到最后一步的时候便再也找不到满足条件的head了，因为当选择ABO的头A元素的时候，发现其包含在BAO的尾部AO中；同理，B包含在BO中，此时便形成了一个死锁，Python解释器此时不知道如何处理这种情况，便直接抛出异常，这就是上述例子有异常抛出的原因。

菱形继承是我们在多继承设计的时候需要尽量避免的一个问题。