使用抽象基类与普通继承

Question

我正在尝试理解使用抽象基类的好处。考虑这两段代码：

抽象基类：

from abc import ABCMeta, abstractmethod, abstractproperty

class CanFly:
    __metaclass__ = ABCMeta

    @abstractmethod
    def fly(self):
        pass

    @abstractproperty
    def speed(self):
        pass


class Bird(CanFly):

    def __init__(self):
        self.name = 'flappy'

    @property
    def speed(self):
        return 1

    def fly(self):
        print('fly')


b = Bird()

print(isinstance(b, CanFly))  # True
print(issubclass(Bird, CanFly))  #  True

普通继承：

class CanFly(object):

    def fly(self):
        raise NotImplementedError

    @property
    def speed(self):
        raise NotImplementedError()


class Bird(CanFly):

    @property
    def speed(self):
        return 1

    def fly(self):
        print('fly')


b = Bird()

print(isinstance(b, CanFly))  # True
print(issubclass(Bird, CanFly))  # True

如你所见，这两种方法都可以使用isinstance和issubclass来支持类型检查。

现在，我知道的一个区别是，如果你尝试创建一个抽象基类的子类，但没有重写所有的抽象方法或属性，你的程序会直接报错。但是，如果你使用普通继承，并且在代码中抛出NotImplementedError，那么你的代码不会在编写时就出错，而是在你真正调用那个方法或属性的时候才会出错。

除此之外，使用抽象基类还有什么不同之处呢？

Answer 1

在你提问中提到的内容之外，最重要的具体答案是，如果一个类使用了 @abstractmethod 或 @abstractproperty 装饰器，并且继承自 ABC（或者使用了 ABCMeta 这个元类），那么你就不能实例化这个对象，也就是不能创建这个类的具体对象。

from abc import ABC, abstractmethod

class AbsParent(ABC):
    @abstractmethod
    def foo(self):
        pass

AbsParent()

Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Can't instantiate abstract class AbsParent with abstract methods foo

不过，这里还有更多的内容。抽象基类（Abstract Base Classes）是在 Python 中引入的，具体可以参考 PEP 3119。我建议你看看“理由”这一部分，了解一下 Guido 为什么要引入它们。简单来说，它们并不是单纯为了某些具体的功能，而是有更深的哲学意义。它们的目的是向外部检查者表明这个对象是从 ABC 继承而来的，并且因为它是从 ABC 继承的，所以它会遵循一个诚信协议。这个“诚信协议”就是子类会遵循父类的意图。至于如何具体实现这个协议，就留给你自己去做了，这就是为什么它是一个诚信协议，而不是一个明确的合同。

这个主要通过 register() 方法体现出来。任何一个以 ABCMeta 作为元类的类（或者简单地说，继承自 ABC）都会有一个 register() 方法。通过将一个类注册到 ABC，你是在表明这个类继承自 ABC，尽管从技术上讲，它并没有真正继承。这就是诚信协议的体现。

from abc import ABC, abstractmethod

class MyABC(ABC):
    @abstractmethod
    def foo(self):
        """should return string 'foo'"""
        pass


class MyConcreteClass(object):
    def foo(self):
        return 'foo'

assert not isinstance(MyConcreteClass(), MyABC)
assert not issubclass(MyConcreteClass, MyABC)

虽然此时 MyConcreteClass 和 MyABC 没有直接关系，但它确实按照评论中列出的要求实现了 MyABC 的 API。现在，如果我们把 MyConcreteClass 注册到 MyABC，它就会通过 isinstance 和 issubclass 的检查。

MyABC.register(MyConcreteClass)

assert isinstance(MyConcreteClass(), MyABC)
assert issubclass(MyConcreteClass, MyABC)

再次强调，这就是“诚信协议”的作用。你并不需要遵循 MyABC 中列出的 API。通过将具体类注册到 ABC，我们是在告诉任何外部检查者，我们这些程序员是遵循我们应该遵循的 API 的。

¹ 注意，@abstractproperty 现在不再推荐使用。你应该使用：

@property
@abstractmethod
def foo(self):
    pass