面向對象-mro

一、mro概述

概念

方法解析順序，是python中用于處理二義性問題的算法

二義性

問題一：有兩個基類A類和B類，A和B中都定義了f()的方法，C繼承了A和B，那麼調用C的f()方法時會出現不确定性

問題二：有一個基類A，定義了方法f()，B類和C類都繼承自A類，D類繼承了B和C類，此時出現一個問題，D類不知道繼承B的F()還是C的F()

C++解決二義性

問題一：通過同名覆寫的方法解決

問題二：通過虛繼承來解決

python解決二義性

通過C3算法避免二義性的情況

經曆過程

a、python2.2以前的版本(經典類時代)

b、python2.2版本(新式類誕生)

c、python2.3到python2.7(經典類、新式類和平發展)

d、python3至今(新式類一統江山)

示例代碼

class A(object):
    def f(self):
        pass
class B(A):
    pass
class C(A):
    pass
class D(B, C):
    pass

複制

二、python2.2以前

經典類時代

經典類

特性：經典類是一種沒有繼承的類，對象都是type類型，如果經典類被作為父類，子類調用父類的構造函數時會出錯

<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">A</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">B</span><span class="hljs-params">(A)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>

複制

mro的算法為深度優先算法(DFS)

a、把根階段壓入棧結構中

b、每次從棧中彈出一個元素，搜尋所有它下一級元素，把這些元素壓入棧中。并把這個元素記為它下一個元素的前驅

c、找到所有的元素時程式結束

d、如果周遊整個樹還沒有找到，程式結束

兩種繼承模式（正常繼承模式、菱形繼承模式）

# 正常繼承模式
import inspect
class D:
    pass
class E:
    pass
class B(D):
    pass
class C(E):
    pass
class A(B, C):
    pass
print(inspect.getmro(A))
# A B D C E

複制

<span class="hljs-comment"># 菱形繼承模式</span>
<span class="hljs-keyword">import</span> inspect
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">D</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">B</span><span class="hljs-params">(D)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">C</span><span class="hljs-params">(D)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">A</span><span class="hljs-params">(B, C)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
print(inspect.getmro(A))
<span class="hljs-comment"># A B D C</span>

複制

MRO的DFS順序

兩種繼承模式在DFS下的優缺點

第一種：稱為正常繼承模式，兩個互不相關的類的多繼承，這種情況DFS順序正常，不會引起任何問題

第二種：棱形繼承模式，存在公共父類（D）的多繼承，這種情況下DFS必定經過公共父類（D），這時候想想，如果這個公共父類（D）有一些初始化屬性或者方法，但是子類（C）又重寫了這些屬性或者方法，那麼按照DFS順序必定是會先找到D的屬性或方法，那麼C的屬性或者方法将永遠通路不到，導緻C隻能繼承無法重寫（override）。這也就是為什麼新式類不使用DFS的原因，因為他們都有一個公共的祖先object

三、python2.2

新式類誕生

新式類

特性：為了使類和内置的類型更加統一，引入新式類。新式類的每個類都繼承于一個基類，可以是自定義的類或者其他類，預設是object，子類可以調用父類的構造函數

兩種MRO算法

如果是經典類使用DFS
如果是新式類使用BSF(廣度優先算法)

a、把根階段放到隊列隊尾

b、每次從隊列的頭部取一個元素，搜尋所有它下一級元素，把這些元素放到隊列的末尾。并把這個元素記為它下一個元素的前驅

c、找到所有的元素時程式結束

d、如果周遊整個樹還沒有找到，程式結束

兩種繼承模式（正常繼承模式、菱形繼承模式）

# 正常繼承模式
class D(object):
    pass
class E:
    pass
class B(D):
    pass
class C(E):
    pass
class A(B, C):
    pass
print(A.__mro__)
# A B C D E

複制

<span class="hljs-comment"># 菱形繼承模式</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">D</span><span class="hljs-params">(objcet)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">B</span><span class="hljs-params">(D)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">C</span><span class="hljs-params">(D)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">A</span><span class="hljs-params">(B, C)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
print(A.__mro__)
<span class="hljs-comment"># A B C D</span>

複制

MRO的BFS順序

兩種繼承模式在BFS下的優缺點

第一種：正常繼承模式，看起來正常，但實際上感覺别捏，比如B繼承D的f()函數，恰巧C中也實作了f()函數，那麼BFS順序先通路B在去通路C，f()函數會選擇C的，這種應該先從B和B的父類開始找才是正确的順序，稱為單調性

第二種：菱形內建模式，在BFS模式下解決了DFS查找順序的問題，但是它也違背了單調性

四、python2.3到python2.7

經典類與新式類和平發展

在之前的BFS算法存在很大的問題，從python2.3開始新式類的MRO算法使用C3算法，C3算法解決了單調性問題和隻能繼承不能重寫的問題

五、python3時代

新式類一統江山

C3算法

C3算法解決了單調性問題和隻能繼承無法重寫問題

兩種繼承模式（正常繼承模式、菱形繼承模式）

# 正常繼承模式
class D(object):
    pass
class E:
    pass
class B(D):
    pass
class C(E):
    pass
class A(B, C):
    pass
print(A.__mro__)

複制

<span class="hljs-comment"># 菱形繼承模式</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">D</span><span class="hljs-params">(objcet)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">B</span><span class="hljs-params">(D)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">C</span><span class="hljs-params">(D)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
<span class="hljs-class"><span class="hljs-keyword">class</span> <span class="hljs-title">A</span><span class="hljs-params">(B, C)</span>:</span>
    <span class="hljs-keyword">pass</span>
print(A.__mro__)

複制

MRO的C3順序

拓撲排序

對一個有向無環圖(Directed Acyclic Graph簡稱DAG)G進行拓撲排序，是将G中所有頂點排成一個線性序列，使得圖中任意一對頂點u和v，若邊(u,v)∈E(G)，則u線上性序列中出現在v之前。通常，這樣的線性序列稱為滿足拓撲次序(Topological Order)的序列，簡稱拓撲序列。簡單的說，由某個集合上的一個偏序得到該集合上的一個全序，這個操作稱之為拓撲排序

模拟拓撲排序

class D(object):
    pass
class E(object):
    pass
class F(object):
    pass
class B(E, D):
    pass
class C(D, F):
    pass
class A(B, C):
    pass
print(A.__mro__)
# A B E C D F object

複制

首先找到入讀點為0的點，隻有一個A，把A拿出來，把A相關的邊裁剪掉，再找入讀點為0的點，有兩個(B、C)。根據最左側原則，拿B，此時的順序AB，把B相關的邊裁剪掉。此時入讀點為0的點有E和C，取最左側是E，此時的順序為ABE。裁剪掉E的相關邊，此時隻有一個入讀點為0的點為C，取C，此時的順序是ABEC。裁剪掉C的相關邊，此時入讀點為0的點有D和F，取左側的D點，此時的順序為ABECD，裁剪掉D的相關邊，此時隻有F的入讀點為0，取F，此時的順序ABECDF，裁剪掉F的相關邊，此時隻有object入讀點為0，取object，此時順序為ABECDFobject