如何正确地实现虚拟类?

news2025/1/9 16:24:46

在 Python 中，所谓的虚拟类通常是指抽象基类（Abstract Base Class，简称 ABC）。抽象基类不可实例化，其主要作用是定义一组抽象方法，子类必须实现这些抽象方法才能被实例化。

要正确实现虚拟类（抽象基类），可以按照我下文写的步骤来。

在这里插入图片描述

1、问题背景

在类继承、抽象基类甚至python接口的文档中，没有一种方式能够完全满足需求。当调用虚拟类时，希望它能够根据给定参数实例化一些更具体的类，并将该类返回给调用函数。

在现有的实现中，通过一种汇总方式将对虚拟类的调用重定向到基础类。思路如下：

class Shape:
    def __init__(self, description):
        if   description == "It's flat":  self.underlying_class = Line(description)
        elif description == "It's spiky": self.underlying_class = Triangle(description)
        elif description == "It's big":   self.underlying_class = Rectangle(description)
    def number_of_edges(self, parameters):
        return self.underlying_class(parameters)

class Line:
    def __init__(self, description):
        self.desc = description
    def number_of_edges(self, parameters):
        return 1

class Triangle:
    def __init__(self, description):
        self.desc = description
    def number_of_edges(self, parameters):
        return 3

class Rectangle:
    def __init__(self, description):
        self.desc = description
    def number_of_edges(self, parameters):
        return 4

shape_dont_know_what_it_is = Shape("It's big")
shape_dont_know_what_it_is.number_of_edges(parameters)

这种重定向方式并不理想，因为它只适用于对number_of_edges()函数的调用，并且向Shape类添加类似以下内容似乎也无法解决问题：

def __getattr__(self, *args):
    return underlying_class.__getattr__(*args)

2、解决方案

有一些方法可以解决这个问题：

方法1：使用__new__方法

class Shape(object):
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls is Shape:                            # <-- required because Line's
            description, args = args[0], args[1:]   #     __new__ method is the
            if description == "It's flat":          #     same as Shape's
                new_cls = Line
            else:
                raise ValueError("Invalid description: {}.".format(description))
        else:
            new_cls = cls
        return super(Shape, cls).__new__(new_cls, *args, **kwargs)

    def number_of_edges(self):
        return "A shape can have many edges…"

class Line(Shape):
    def number_of_edges(self):
        return 1

class SomeShape(Shape):
    pass


>>> l1 = Shape("It's flat")
>>> l1.number_of_edges()
1
>>> l2 = Line()
>>> l2.number_of_edges()
1
>>> u = SomeShape()
>>> u.number_of_edges()
'A shape can have many edges…'
>>> s = Shape("Hexagon")
ValueError: Invalid description: Hexagon.

方法2：使用工厂函数

def factory(description):
    if   description == "It's flat":  return Line(description)
    elif description == "It's spiky": return Triangle(description)
    elif description == "It's big":   return Rectangle(description)

或：
def factory(description):
    classDict = {"It's flat":Line("It's flat"), "It's spiky":Triangle("It's spiky"), "It's big":Rectangle("It's big")}
    return classDict[description]

并从Shape继承类
class Line(Shape):
    def __init__(self, description):
        self.desc = description
    def number_of_edges(self, parameters):
        return 1

对于方法3，Python中没有开箱即用的虚拟类，需要自行实现（这应该是可能的，Python的反射能力足以实现这一点）。然而，如果需要使用虚拟类，建议使用具有虚拟类的编程语言，如Beta、gBeta或Newspeak。不过，在具体的示例中，并不清楚虚拟类如何简化解决方案，或者为什么需要使用虚拟类。

在这几个例子中：