为什么在Python中使用抽象基类?

它将使确定一个对象是否支持给定的协议变得更加容易，而不必检查协议中是否存在所有方法，也不必因为不支持而在“敌方”领土深处触发异常。

短的版本

abc在客户机和实现的类之间提供了更高级别的语义契约。

长版本

类和它的调用者之间有一个契约。该类承诺做某些事情并具有某些属性。

合同有不同的层次。

在非常低的级别上，契约可能包括方法的名称或其参数的数量。

在静态类型语言中，该契约实际上由编译器强制执行。在Python中，您可以使用EAFP或类型自省来确认未知对象符合此预期契约。

但是契约中也有更高层次的语义承诺。

例如，如果存在__str__()方法，则期望它返回对象的字符串表示形式。它可以删除对象的所有内容，提交事务并从打印机中吐出空白页…但是对于它应该做什么有一个共同的理解，在Python手册中有描述。

这是一种特殊情况，手册中描述了语义契约。print()方法应该做什么?它应该将对象写入打印机，还是将一行写入屏幕，还是其他什么?这要视情况而定——你需要阅读评论来理解这里的完整合同。一段客户端代码只是检查print()方法是否存在，已经确认了部分契约——可以进行方法调用，但不确定在调用的更高级别语义上是否达成一致。

定义抽象基类(ABC)是在类实现者和调用者之间产生契约的一种方式。它不仅仅是一个方法名称列表，而是对这些方法应该做什么的共同理解。如果你继承了这个ABC，你承诺遵守注释中描述的所有规则，包括print()方法的语义。

Python的duck-typing在灵活性方面比静态类型有很多优势，但它并不能解决所有问题。abc提供了一种介于Python的自由形式和静态类型语言的约束和规则之间的中间解决方案。

@Oddthinking的答案没有错，但我认为它忽略了真正的， 实用的原因，Python在鸭子类型的世界中有abc。

抽象方法很简洁，但在我看来，它们并不能真正满足duck typing尚未涵盖的任何用例。抽象基类的真正力量在于它们允许你自定义__ABC0和issubclass的行为。(__subclasshook__基本上是Python __ABC3和__subclasscheck__钩子之上的一个更友好的API。)调整内置构造来处理自定义类型是Python哲学的重要组成部分。

Python的源代码就是一个例子。在这里是标准库中collections.Container的定义方式(在编写时):

class Container(metaclass=ABCMeta):
__slots__ = ()


@abstractmethod
def __contains__(self, x):
return False


@classmethod
def __subclasshook__(cls, C):
if cls is Container:
if any("__contains__" in B.__dict__ for B in C.__mro__):
return True
return NotImplemented

__subclasshook__的这个定义说，任何具有__contains__属性的类都被认为是Container的子类，即使它没有直接子类化Container。所以我可以这样写:

class ContainAllTheThings(object):
def __contains__(self, item):
return True


>>> issubclass(ContainAllTheThings, collections.Container)
True
>>> isinstance(ContainAllTheThings(), collections.Container)
True

换句话说，如果你实现了正确的接口，你就是一个子类! abc提供了一种在Python中定义接口的正式方式，同时保持了duck-typing的精神。此外，这以一种尊重原则的方式工作。

Python的对象模型从表面上看类似于更“传统”的OO系统(我指的是Java*)——我们有你的类，你的对象，你的方法——但当你触及表面时，你会发现一些更丰富和更灵活的东西。类似地，Python的抽象基类概念对于Java开发人员来说可能是可以识别的，但实际上它们的用途非常不同。

我有时发现自己在编写可以作用于单个项或项的集合的多态函数，并且我发现isinstance(x, collections.Iterable)比hasattr(x, '__iter__')或等效的try...except块更具可读性。(如果你不懂Python，这三者中哪一个能最清楚地表达代码的意图?)

也就是说，我发现我很少需要编写自己的ABC，我通常是通过重构发现对ABC的需求。如果我看到一个多态函数进行了大量属性检查，或者许多函数进行了相同的属性检查，那么这种气味就表明存在一个等待提取的ABC。

_{*没有卷入Java是否是“传统的”OO系统的争论…}

齿顶高:即使抽象基类可以覆盖isinstance和issubclass的行为，它仍然不会进入虚子类的MRO。这对客户端来说是一个潜在的陷阱:并不是每个isinstance(x, MyABC) == True的对象都有在MyABC上定义的方法。

class MyABC(metaclass=abc.ABCMeta):
def abc_method(self):
pass
@classmethod
def __subclasshook__(cls, C):
return True


class C(object):
pass


# typical client code
c = C()
if isinstance(c, MyABC):  # will be true
c.abc_method()  # raises AttributeError

不幸的是，这是一个“不要那样做”的陷阱(Python中相对较少!):避免同时使用__subclasshook__和非抽象方法定义abc。此外，你应该使你的__subclasshook__的定义与你的ABC定义的抽象方法集一致。

abc的一个方便的特性是，如果你没有实现所有必要的方法(和属性)，你在实例化时就会得到一个错误，而不是AttributeError，可能在很久以后，当你实际尝试使用缺少的方法时。

from abc import ABCMeta, abstractmethod


# python2
class Base(object):
__metaclass__ = ABCMeta


@abstractmethod
def foo(self):
pass


@abstractmethod
def bar(self):
pass


# python3
class Base(object, metaclass=ABCMeta):
@abstractmethod
def foo(self):
pass


@abstractmethod
def bar(self):
pass


class Concrete(Base):
def foo(self):
pass


# We forget to declare `bar`




c = Concrete()
# TypeError: "Can't instantiate abstract class Concrete with abstract methods bar"

https://dbader.org/blog/abstract-base-classes-in-python的例子

编辑:包括python3语法，谢谢@PandasRocks

正常呼叫方式

class Parent:
def methodone(self):
raise NotImplemented()


def methodtwo(self):
raise NotImplementedError()


class Son(Parent):
def methodone(self):
return 'methodone() is called'


c = Son()
c.methodone()

methodone()被调用

c.methodtwo()

NotImplementedError

抽象方法

from abc import ABCMeta, abstractmethod


class Parent(metaclass=ABCMeta):
@abstractmethod
def methodone(self):
raise NotImplementedError()
@abstractmethod
def methodtwo(self):
raise NotImplementedError()


class Son(Parent):
def methodone(self):
return 'methodone() is called'


c = Son()

不能用抽象方法methodtwo实例化抽象类Son。

因为methodtwo在子类中没有被调用，所以我们得到了错误。正确的实现如下所示

from abc import ABCMeta, abstractmethod


class Parent(metaclass=ABCMeta):
@abstractmethod
def methodone(self):
raise NotImplementedError()
@abstractmethod
def methodtwo(self):
raise NotImplementedError()


class Son(Parent):
def methodone(self):
return 'methodone() is called'
def methodtwo(self):
return 'methodtwo() is called'


c = Son()
c.methodone()

methodone()被调用

ABC允许创建设计模式和框架。请看Brandon Rhodes的这段pycon谈话:

Python设计模式1

Python本身的协议(更不用说迭代器、装饰器和插槽(它们本身实现了FlyWeight模式)都是可能的，因为ABC的存在(尽管在CPython中实现为虚拟方法/类)。

Duck类型确实使python中的一些模式变得微不足道，Brandon提到过，但许多其他模式继续出现并在python中很有用，例如适配器。

简而言之，ABC使您能够编写可伸缩和可重用的代码。根据GoF:

1. 针对接口编程，而不是针对实现编程(继承打破封装;为接口编程会促进松耦合/控制反转/“好莱坞原则:不要给我们打电话，我们会给你打电话”;)

2. 优先选择对象组合而不是类继承(委托工作)

3. 封装变化的概念(开闭原则使类对扩展开放，但对修改关闭)

此外，随着Python的静态类型检查器的出现(例如mypy)，对于函数接受作为参数或返回的每个对象，ABC可以用作类型而不是Union[...]。想象一下，每次您的代码库支持一个新对象时，都必须更新类型，而不是实现?这很快就变得不可维护(不能扩展)。