Python?類中定義多個(gè)構(gòu)造器方法重載與泛方法
引言
在 Python 開發(fā)中，參數(shù)校驗(yàn)這件事一直讓我很苦惱；校驗(yàn)嘛，就得寫很多與業(yè)務(wù)不相關(guān)的 if/else，特別麻煩；不校驗(yàn)嘛，又擔(dān)心會(huì)有哪些意料之外的 bug，而且在很多情況下報(bào)的錯(cuò)誤也和具體問題有些偏差，難以定位問題。
歸功于 Python 動(dòng)態(tài)語言的特性，這個(gè)問題好像沒有很好的解決方式。通過歷代 Python 版本的發(fā)布你也可以看到，官方一直都在完善類型注解（比如最近的 Python 3.11 新增的 Self 類型），似乎想通過某種方式解決此類問題。
不管怎樣，就目前來看，泛方法（generic method）或許能很大程度上解決這個(gè)問題。
什么是“泛方法”？
由多個(gè)方法組成的方法，這些方法為不同的類型實(shí)現(xiàn)相同的操作。
舉個(gè)栗子 ??
現(xiàn)在有個(gè)需求，需要你通過以下幾種方式創(chuàng)建一個(gè)自定義的日期類（CustomDate）：
- 時(shí)間戳
- 年、月、日（包含三個(gè)整數(shù)的元組）
- ISO 格式的字符串
Datetime類
一般實(shí)現(xiàn)
from datetime import date, datetime
class CustomDate:
def __init__(self, arg):
if isinstance(arg, (int, float)):
self.__date = date.fromtimestamp(arg)
elif isinstance(arg, tuple) and len(arg) == 3 and all(map(lambda x: isinstance(x, int), arg):
self.__date = date(*arg)
elif isinstance(arg, str):
self.__date = date.fromisoformat(arg)
elif isinstance(arg, datetime):
self.__date = datetime.date()
else:
raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
@property
def date():
return self.__date
注：這里暫不討論傳入的日期/時(shí)間戳合不合法，僅僅只對(duì)類型做大致判斷。
有沒有更好的方式？
我們可以將不同的構(gòu)建方式拆分為多個(gè)方法，并利用 functools 中的 singledispatchmethod 裝飾器來根據(jù)傳入的參數(shù)類型決定調(diào)用哪個(gè)方法。
from datetime import date, datetime
from functools import singledispatchmethod
class CustomDate:
@singledispatchmethod
def __init__(self, arg):
raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
@__init__.register(int)
@__init__.register(float)
def __from_timestamp(self, arg):
self.__date = date.fromtimestamp(arg)
@__init__.register(tuple)
def __from_tuple(self, arg):
if len(arg) == 3 and all(map(lambda x: isinstance(x, int), arg)):
self.__date = date(*arg)
else:
raise ValueError("could not create instance from a malformed tuple")
@__init__.register(str)
def __from_isoformat(self, arg):
self.__date = date.fromisoformat(arg)
@__init__.register(datetime)
def __from_datetime(self, arg):
self.__date = arg.date()
@property
def date(self):
return self.__date
這樣一來，我們便能將每種參數(shù)類型的初始化獨(dú)立成一個(gè)個(gè)的方法了。
缺點(diǎn)
#1 單分派
在調(diào)用期間應(yīng)該使用哪個(gè)方法實(shí)現(xiàn)由分派算法決定。如果該算法只基于單個(gè)參數(shù)的類型來決定使用哪個(gè)方法實(shí)現(xiàn)，則稱其為單分派。
singledispatchmethod 就是就是單分派的。也就是說，只有第一個(gè)參數(shù)會(huì)作為考量。這在實(shí)際業(yè)務(wù)中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足的。
#2 不支持 typing
然而，如上，對(duì)元組中元素類型判斷還是需要我們用 if/else 實(shí)現(xiàn)。也就是說，我們不能使用 typing.Tuple[int, int, int]。
作為一種折中的方案，或許我們可以定義一個(gè) ThreeIntTuple 類來對(duì)其進(jìn)行限定，將這些判斷從 CustomDate 類中隔離開來。
這里僅提供一個(gè)思路讓大家參考，我就不實(shí)現(xiàn)了（因?yàn)槲覀冇懈玫姆绞?xD）。
替代方案：multimethod 庫
這個(gè)庫不是標(biāo)準(zhǔn)庫之一，需要通過 pip 安裝：
pip install multimethod
優(yōu)勢(shì)
multimethod 采用的是多分派算法，能更好地滿足更復(fù)雜的場(chǎng)景。此外，該庫對(duì) typing 中的類型也有不錯(cuò)的支持。
更更好的實(shí)踐方式
回到上面的問題，我們可以這么改進(jìn)：
- 使用
multimethod方法來替代singledispatchmethod； - 使用
Tuple[int, int, int]來替代tuple，不再需要手動(dòng)校驗(yàn)元組的長度和元素類型了；
from datetime import date, datetime
from typing import Tuple, Union
from multimethod import multimethod
class CustomDate:
@multimethod
def __init__(self, arg):
raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
@__init__.register
def __from_timestamp(self, arg: Union[int, float]):
self.__date = date.fromtimestamp(arg)
@__init__.register
def __from_tuple(self, arg: Tuple[int, int, int]):
self.__date = date(*arg)
@__init__.register
def __from_isoformat(self, arg: str):
self.__date = date.fromisoformat(arg)
@__init__.register
def __from_datetime(self, arg: datetime):
self.__date = arg.date()
@property
def date(self):
return self.__date
究極好的實(shí)踐方式（真正的方法重載）
在此之前，先問大家一個(gè)簡單的問題（這跟我們之后的內(nèi)容有很大的聯(lián)系）：
class A:
def a(self):
print(1)
def a(self):
print(2)
A().a()
以上這段代碼會(huì)輸出什么？還是會(huì)拋出錯(cuò)誤？
輸出 2。
在 Python 中，如果定義了重名的方法，最后一個(gè)方法是會(huì)覆蓋掉之前的方法的。
但你或許不知，我們可以通過元類（metaclass）來改變這一行為：
class MetaA(type):
class __prepare__(dict):
def __init__(*args):
pass
def __setitem__(self, key, value):
if self.get('a'): # Line 7
super().__setitem__('b', value) # Line 8
else:
super().__setitem__(key, value)
class A(metaclass=MetaA):
def a(self):
print(1)
def a(self):
print(2)
A().a() # => 1
A().b() # => 2 # Line 22
在第 7 和第 8 行，我們將重名的 a 方法改名為 b，并在第 22 行成功地調(diào)用它了。
multimethod 的維護(hù)者們很好地運(yùn)用了這一點(diǎn)，對(duì)重名的方法進(jìn)行了處理，以達(dá)到一種“特殊的效果”。
回到正題，我們可以做出如下改進(jìn)：
- 將
multimethod.multidata設(shè)置為CustomDate類的元類； - 將所有方法命名為
__init__。
from datetime import date, datetime
from typing import Tuple, Union
from multimethod import multimeta
class CustomDate(metaclass=multimeta):
def __init__(self, arg: Union[int, float]):
self.__date = date.fromtimestamp(arg)
def __init__(self, arg: Tuple[int, int, int]):
self.__date = date(*arg)
def __init__(self, arg: str):
self.__date = date.fromisoformat(arg)
def __init__(self, arg: datetime):
self.__date = arg.date()
def __init__(self, arg):
raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
@property
def date(self):
return self.__date
從效果上來看，這完全和靜態(tài)語言的方法重載一模一樣！
總結(jié)
使用泛方法能讓代碼更加簡潔、靈活。希望上述內(nèi)容能對(duì)你有幫助。
參考資料
以上就是Python 類中定義多個(gè)構(gòu)造器方法重載與泛方法的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python 類多個(gè)構(gòu)造器方法的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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