Python 抽象基類的用法

本文將詳細介紹 Python 抽象基類的使用方法。

一、抽象基類是什麼

抽象基類是一種特殊的類，其主要作用是為子類提供一個接口規範，而不是描述一個完整的類。

抽象基類是一種只能被繼承而不能被實例化的類。其主要使用場景是為了規範子類的行為，確保子類按照指定的方法進行實現。

二、如何定義一個抽象基類

Python 中定義抽象基類需要使用 `abc` 模塊，其中關鍵字 `@abstractmethod` 被使用來定義抽象方法。

下面是一個示例代碼：

import abc

class MyBaseClass(metaclass=abc.ABCMeta):
    @classmethod
    def __subclasshook__(cls, subclass):
        return (hasattr(subclass, 'my_abstract_method') and 
                callable(subclass.my_abstract_method) 
                or NotImplemented)
    
    @abc.abstractmethod
    def my_abstract_method(self):
        pass

class MySubClass(MyBaseClass):
    def my_abstract_method(self):
        print('TODO: Implement my_abstract_method')

class AnotherSubClass(MyBaseClass):
    def my_abstract_method(self):
        print('TODO: Implement my_abstract_method')

class NotSubClass:
    def my_abstract_method(self):
        print('TODO: Implement my_abstract_method')

if __name__ == '__main__':
    sub = MySubClass()
    sub.my_abstract_method()

    another_sub = AnotherSubClass()
    another_sub.my_abstract_method()

    not_sub = NotSubClass()

以上代碼定義了一個抽象基類 `MyBaseClass`，其中包含一個抽象方法 `my_abstract_method`，表示子類必須實現該方法。`MyBaseClass` 中還同時定義了一個 `__subclasshook__` 方法，用於檢查子類是否實現了抽象方法。其中，`__subclasshook__` 方法必須返回 `True` 或 `False`，表示子類是否符合要求。

注意：無法從 `NotSubClass` 派生子類，因為它沒有實現 `my_abstract_method`。

三、抽象基類的使用場景

1. 接口規範

抽象基類最常見的使用場景是定義一些接口規範，以便子類能夠正確地進行實現。

例如，在編寫圖形應用程序時，可以定義一個抽象類 `Shape`：

class Shape(metaclass=abc.ABCMeta):
    @abc.abstractmethod
    def draw(self):
        pass

class Triangle(Shape):
    def draw(self):
        print('Draw a triangle')

class Rectangle(Shape):
    def draw(self):
        print('Draw a rectangle')
        
class Circle(Shape):
    pass

if __name__ == '__main__':
    triangle = Triangle()
    triangle.draw()

    rectangle = Rectangle()
    rectangle.draw()

    circle = Circle()

在上述示例代碼中，`Shape` 類定義了一個抽象方法 `draw`，表示子類必須實現繪製圖形的方法。具體的子類 `Triangle` 和 `Rectangle` 分別實現了繪製三角形和矩形的方法。

注意：不能從 `Circle` 派生子類，因為它沒有實現 `draw` 方法。

2. 父類規範

抽象基類還可以用於規範父類的實現，以確保所有子類都具有相同的屬性和方法。

例如，在編寫數據處理應用程序時，可以定義一個抽象類 `DataProcessor`：

class DataProcessor(metaclass=abc.ABCMeta):
    def __init__(self, data):
        self.data = data

    @abc.abstractclassmethod
    def get_data(self):
        pass
        
    @property
    @abc.abstractclassmethod
    def processed_data(self):
        pass

class ListProcessor(DataProcessor):
    def get_data(self):
        return self.data

    @property
    def processed_data(self):
        return sorted(self.get_data())

class DictProcessor(DataProcessor):
    def get_data(self):
        return list(self.data.values())
        
    @property
    def processed_data(self):
        return sum(self.get_data())
        
if __name__ == '__main__':
    list_processor = ListProcessor(data=[3, 1, 2])
    print(list_processor.processed_data)

    dict_processor = DictProcessor(data={'a': 1, 'b': 2, 'c': 3})
    print(dict_processor.processed_data)

在上述示例代碼中，`DataProcessor` 類定義了一個構造器 `__init__`，並包含兩個抽象方法 `get_data` 和 `processed_data`，表示子類必須實現獲取數據和處理數據的方法。具體的子類 `ListProcessor` 和 `DictProcessor` 分別實現了獲取列表和字典中的數據並進行處理的方式。

四、抽象基類的注意事項

使用抽象基類需要注意以下幾點：

1. 不能實例化

抽象基類只能用於繼承，不能直接實例化。

2. 子類必須實現所有抽象方法

子類必須實現抽象基類中定義的所有抽象方法，否則將拋出異常。

3. 子類可以重寫抽象基類的方法

子類可以重寫抽象類中的方法，但是必須保證符合抽象基類中對該方法的規範。

五、總結

本文詳細介紹了 Python 抽象基類的使用方法，包括定義抽象基類、抽象基類的使用場景以及使用抽象基類需要注意的事項。使用抽象基類能夠幫助我們規範代碼，確保子類能夠正確地進行實現。