python - 在 Python 中，如何强制抽象方法在子类上是静态的？

Question

这是我想要的设置:A 应该是具有静态和抽象方法 f() 的抽象基类。 B应该继承自A。要求:1.你不应该能够实例化A2. 你不应该实例化 B，除非它实现了一个静态的 f()

从 this 中汲取灵感问题，我尝试了几种方法。使用这些定义:

class abstractstatic(staticmethod):
    __slots__ = ()
    def __init__(self, function):
        super(abstractstatic, self).__init__(function)
        function.__isabstractmethod__ = True
    __isabstractmethod__ = True

class A:
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abstractstatic
    def f():
        pass

class B(A):
    def f(self):
        print 'f'

class A2:
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @staticmethod
    @abc.abstractmethod
    def f():
        pass

class B2(A2):
    def f(self):
        print 'f'

此处 A2 和 B2 是使用常用的 Python 约定定义的，A 和 B 是使用 this 中建议的方式定义的回答。以下是我尝试过的一些操作以及不想要的结果。

A/B 类:

>>> B().f()
f
#This should have thrown, since B doesn't implement a static f()

对于 A2/B2 类:

>>> A2()
<__main__.A2 object at 0x105beea90>
#This should have thrown since A2 should be an uninstantiable abstract class

>>> B2().f()
f
#This should have thrown, since B2 doesn't implement a static f()

由于这两种方法都不能提供我想要的输出，我该如何实现我想要的？

Answer 1

你不能只用 ABCMeta 做你想做的事。 ABC 强制执行不执行任何类型检查，仅强制执行具有正确名称的属性。

举个例子:

>>> from abc import ABCMeta, abstractmethod, abstractproperty
>>> class Abstract(object):
...     __metaclass__ = ABCMeta
...     @abstractmethod
...     def foo(self): pass
...     @abstractproperty
...     def bar(self): pass
... 
>>> class Concrete(Abstract):
...     foo = 'bar'
...     bar = 'baz'
... 
>>> Concrete()
<__main__.Concrete object at 0x104b4df90>

即使 foo 和 bar 都是简单的属性，我也能够构建 Concrete()。

ABCMeta 元类仅跟踪在 __isabstractmethod__ 属性为真时剩余的对象数量；当从元类创建一个类时(调用 ABCMeta.__new__)，cls.__abstractmethods__ 属性然后被设置为一个 frozenset 对象，其中包含所有仍然是抽象的名称。

type.__new__ 然后测试该 frozenset 并在您尝试创建实例时抛出 TypeError。

您必须在此处生成您的自己的 __new__ 方法；子类 ABCMeta 并在新的 __new__ 方法中添加类型检查。该方法应该在基类上查找 __abstractmethods__ 集，在 MRO 中找到具有 __isabstractmethod__ 属性的相应对象，然后对当前类属性进行类型检查。

这意味着您将在定义类 时抛出异常，而不是实例。为此，您需要将 __call__ 方法添加到您的 ABCMeta 子类，并根据您自己的 __new__ 收集的信息抛出异常关于什么类型错误的方法；与 ABCMeta 和 type.__new__ 目前所做的类似的两阶段过程。或者，更新类上的 __abstractmethods__ 集以添加任何已实现但类型错误的名称，并将其留给 type.__new__ 以抛出异常。

下面的实现采用了最后的方法；如果实现的类型不匹配(使用映射)，将名称添加回 __abstractmethods__:

from types import FunctionType

class ABCMetaTypeCheck(ABCMeta):
    _typemap = {  # map abstract type to expected implementation type
        abstractproperty: property,
        abstractstatic: staticmethod,
        # abstractmethods return function objects
        FunctionType: FunctionType,
    }
    def __new__(mcls, name, bases, namespace):
        cls = super(ABCMetaTypeCheck, mcls).__new__(mcls, name, bases, namespace)
        wrong_type = set()
        seen = set()
        abstractmethods = cls.__abstractmethods__
        for base in bases:
            for name in getattr(base, "__abstractmethods__", set()):
                if name in seen or name in abstractmethods:
                    continue  # still abstract or later overridden
                value = base.__dict__.get(name)  # bypass descriptors
                if getattr(value, "__isabstractmethod__", False):
                    seen.add(name)
                    expected = mcls._typemap[type(value)]
                    if not isinstance(namespace[name], expected):
                        wrong_type.add(name)
        if wrong_type:
            cls.__abstractmethods__ = abstractmethods | frozenset(wrong_type)
        return cls

使用这个元类，您可以获得预期的输出:

>>> class Abstract(object):
...     __metaclass__ = ABCMetaTypeCheck
...     @abstractmethod
...     def foo(self): pass
...     @abstractproperty
...     def bar(self): pass
...     @abstractstatic
...     def baz(): pass
... 
>>> class ConcreteWrong(Abstract):
...     foo = 'bar'
...     bar = 'baz'
...     baz = 'spam'
... 
>>> ConcreteWrong()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Can't instantiate abstract class ConcreteWrong with abstract methods bar, baz, foo
>>> 
>>> class ConcreteCorrect(Abstract):
...     def foo(self): return 'bar'
...     @property
...     def bar(self): return 'baz'
...     @staticmethod
...     def baz(): return  'spam'
... 
>>> ConcreteCorrect()
<__main__.ConcreteCorrect object at 0x104ce1d10>