Python多继承的MRO和构造函数问题 |
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Python多继承的MRO和构造函数问题
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Python支持多继承，而多继承比单继承要复杂得多。本文通过实例说明Python多继承中的方法解析顺序和构造函数两个问题。 Python版本：3.8 1.方法解析顺序多继承存在菱形继承的问题，即B和C继承A，而D继承B和C，则D类应该以什么样的顺序继承B和C中的方法？实际上，Python中所有的多继承都是菱形继承，因为所有的类都是object的子类，但一般只有公共基类是自定义类时才叫菱形继承。 Python定义了一种方法解析顺序(MRO)规则，简单来说就是“深度优先搜索+从左到右”。每个类都有一个mro()方法，返回该类的方法解析顺序。以下面的代码为例： class A: def f(self): print('A.f()') def g(self): print('A.g()') class B(A): def f(self): print('B.f()') class C(A): def f(self): print('C.f()') def g(self): print('C.g()') class D(B, C): pass class E: def f(self): print('E.f()') class F1(D, E): pass class F2(E, D): pass if __name__ == '__main__': print(D.mro()) d = D() d.f() d.g() print(F1.mro()) f1 = F1() f1.f() f1.g() print(F2.mro()) f2 = F2() f2.f() f2.g()
这段代码的输出如下 [, , , , ] B.f() C.g() [, , , , , , ] B.f() C.g() [, , , , , , ] E.f() C.g()以F1的方法解析顺序为例，在查找一个方法时，先搜索D类及其基类（除object外）（深度优先搜索），再搜索E类及其基类（从左到右）。 F1和F2两个类的方法解析顺序的区别说明多继承的声明顺序也会影响MRO。 MRO的详细计算方法参见官方文档： Multiple Inheritancemro()方法MRO 2.构造函数在Python中，子类可以通过以下方式调用被覆盖的超类方法： class C(B): def __init__(self, arg): B.__init__(self, arg) def method(self, arg): B.method(self, arg)另外，也可以使用super()函数，下面的代码和上面的等价： class C(B): def __init__(self, arg): super().__init__(arg) def method(self, arg): super().method(arg)对于单继承，可以简单地将无参数的super()函数理解为超类对象，但对于多继承则不能这样理解。 实际上super()函数有两个参数的形式：super(cls, obj)，其中obj必须是cls的子类或其子类的对象，返回值是在obj.mro()中cls的下一个类，相当于obj.mro[obj.mro.index(cls) + 1]。以上一节中的类层次结构为例，D.mro()是[D, B, C, A, object]，因此super(B, d)将返回C类，其中d是一个D类的对象。 对于无参数的形式，编译器会将两个参数分别推断为“当前类”和“当前对象”，因此上面例子中的super()等价于super(C, self)。 官方文档对该函数的说明：super() 考虑下面的例子： class A: def __init__(self, a): self.a = a print(f'A.__init__({a})') class B(A): def __init__(self, a, b): super().__init__(a) self.b = b print(f'B.__init__({a}, {b})') def __str__(self): return f'B(a={self.a}, b={self.b})' class C(A): def __init__(self, a, c): super().__init__(a) self.c = c print(f'C.__init__({a}, {c})') class D(B, C): def __init__(self, a, b, c): B.__init__(self, a, b) C.__init__(self, a, c) def __str__(self): return f'D(a={self.a}, b={self.b}, c={self.c})' if __name__ == '__main__': print(B.mro()) b = B(1, 2) print(b) print(D.mro()) d = D(1, 2, 3) print(d)期望程序会输出B(a=1, b=2) D(a=1, b=2, c=3)，但实际运行结果如下： [, , ] A.__init__(1) B.__init__(1, 2) B(a=1, b=2) [, , , , ] Traceback (most recent call last): File "init_demo.py", line 45, in d = D(1, 2, 3) File "init_demo.py", line 32, in __init__ B.__init__(self, a, b) File "init_demo.py", line 11, in __init__ super().__init__(a) TypeError: __init__() missing 1 required positional argument: 'c'可以看到对象b按照预期的方式被构造了；但构造对象d的过程中报错：执行到B类构造函数的第一行super().__init__(a)时报错缺少参数c，而参数c是来自C类的构造函数。为什么B类的构造函数会调用看似不相关的C类的构造函数？问题就出在这个无参数的super()函数。 由于无参数的super()函数等价于super(当前类,当前对象)，在构造对象d的过程中，当代码执行到B类构造函数的第一行时，“当前类”是B，“当前对象”是d，因此这一行的super() == super(B, d) == C，所以super().__init__(a)调用的是C类的构造函数，而不是我们期望的A类的构造函数；而在构造对象b的过程中，这一行的super() == super(B, b) == A，因此调用的是A类的构造函数。 也就是说，在多继承的情况下，对象的实际类型不同，无参数的super()函数的返回值也不同！ 一种解决方法是在多继承的情况下不使用super()函数，而是明确指定要调用方法的超类。将B类和C类构造函数的第一行都替换为A.__init__(self, a)，上面的程序即可按预期的方式输出： [, , ] A.__init__(1) B.__init__(1, 2) B(a=1, b=2) [, , , , ] A.__init__(1) B.__init__(1, 2) A.__init__(1) C.__init__(1, 3) D(a=1, b=2, c=3)但这种方法存在一个问题：A类的构造函数被调用了两次，由B类和C类的构造函数各调用一次。如果在D类的构造函数中传递给B类和C类构造函数的参数a的值不同，则第二次调用A类的构造函数会覆盖第一次的结果。将D类构造函数的第二行改为C.__init__(self, a + 1, c)，则输出结果变为 ... A.__init__(1) B.__init__(1, 2) A.__init__(2) C.__init__(2, 3) D(a=2, b=2, c=3)另一种解决方法是仍然使用super()函数，但需要修改构造函数的参数。将B类和C类的构造函数除自身使用以外的参数改为*args, **kwargs，调用时也要使用关键字参数的形式： class A: def __init__(self, a): self.a = a print(f'A.__init__({a})') class B(A): def __init__(self, b, *args, **kwargs): super().__init__(*args, **kwargs) self.b = b print(f'B.__init__({b}, {args}, {kwargs})') def __str__(self): return f'B(a={self.a}, b={self.b})' class C(A): def __init__(self, c, *args, **kwargs): super().__init__(*args, **kwargs) self.c = c print(f'C.__init__({c}, {args}, {kwargs})') class D(B, C): def __init__(self, a, b, c): super().__init__(a=a, b=b, c=c) def __str__(self): return f'D(a={self.a}, b={self.b}, c={self.c})' if __name__ == '__main__': print(B.mro()) b = B(a=1, b=2) print(b) print(D.mro()) d = D(a=1, b=2, c=3) print(d)利用super()函数“返回MRO序列中下一个类”的特性，无论构造B类对象还是D类对象，其基类的构造函数将按照MRO相反的顺序被调用，对于B类就是A |
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