來源:Python中文社群
ID:python-china
起步
透過內建方法 isinstance(object, classinfo) 可以判斷一個物件是否是某個類的實體。但你是否想過關於鴨子協議的物件是如何進行判斷的呢? 比如 list 類的父類是繼 object 類的,但透過 isinstance([], typing.Iterable) 傳回的卻是真,難道 list 是可迭代的子類?
根據 PEP 3119 的描述中得知實體的檢查是允許多載的:
The primary mechanism proposed here is to allow overloading the built-in functions isinstance() and issubclass(). The overloading works as follows: The call isinstance(x, C) first checks whether C.__instancecheck__ exists, and if so, calls C.__instancecheck__(x) instead of its normal implementation.
這段話的意思是,當呼叫 isinstance(x, C) 進行檢測時,會優先檢查是否存在 C.instancecheck,如果存在則呼叫 C.instancecheck(x) ,傳回的結果便是實體檢測的結果,預設的判斷方式就沒有了。
這種方式有助於我們來檢查鴨子型別,我用程式碼測了一下。
class Sizeable(object):
def __instancecheck__(cls, instance):
print("__instancecheck__ call")
return hasattr(instance, "__len__")
class B(object):
pass
b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output:False
只打印了 False,並且 instancecheck 沒有呼叫。 這是怎麼回事。可見檔案描述並不清楚。打破砂鍋問到底的原則我從原始碼中觀察 isinstance 的檢測過程。
從原始碼來看 isinstance 的檢測過程
這部分的內容可能比較難,如果讀者覺得閱讀有難度可以跳過,直接看結論。isinstance 的原始碼在 abstract.c 檔案中:
[abstract.c]
int
PyObject_IsInstance(PyObject *inst, PyObject *cls)
{
_Py_IDENTIFIER(__instancecheck__);
PyObject *checker;
/* Quick test for an exact match */
if (Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls)
return 1;
....
}
Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls 這是一種快速匹配的方式,等價於 type(inst) is cls ,這種快速的方式僅當 inst = cls() 匹配成功,並不會去優先檢查 instancecheck ,所以檔案中有誤。繼續向下看原始碼:
/* We know what type's __instancecheck__ does. */
if (PyType_CheckExact(cls)) {
return recursive_isinstance(inst, cls);
}
展開宏 PyType_CheckExact :
[object.h]
#define PyType_CheckExact(op) (Py_TYPE(op) == &PyType_Type)
也就是說 cls 是由 type 直接構造出來的類,則判斷語言成立。除了類宣告裡指定 metaclass 外基本都是由 type 直接構造的。從測試程式碼中得知判斷成立,進入 recursiveisinstance。但是這個函式裡面我卻沒找到有關 instancecheck 的程式碼,recursiveisinstance 的判斷邏輯大致是:
def recursive_isinstance(inst, cls):
return pyType_IsSubtype(inst, cls)
def pyType_IsSubtype(a, b):
for mro in a.__class__.__mro__:
if mro is b:
return True
return False
是從 mro 繼承順序來判斷的,mro 是一個元組,它表示類的繼承順序,這個元組的中類的順序也決定了屬性查詢順序。回到 PyObject_IsInstance 函式往下看:
if (PyTuple_Check(cls)) {
...
}
這是當 instance(x, C) 第二個引數是元組的情況,裡面的處理方式是遞迴呼叫 PyObject_IsInstance(inst, item) 。繼續往下看:
checker = _PyObject_LookupSpecial(cls, &PyId___instancecheck__);
if (checker != NULL) {
res = PyObject_CallFunctionObjArgs(checker, inst, NULL);
ok = PyObject_IsTrue(res);
return ok;
}
顯然,這邊才是獲得 instancecheck 的地方,為了讓檢查流程走到這裡,定義的類要指明 metaclass 。剩下就是跟蹤下 PyObjectLookupSpecial 就可以了:
[typeobject.c]
PyObject *
_PyObject_LookupSpecial(PyObject *self, _Py_Identifier *attrid)
{
PyObject *res;
res = _PyType_LookupId(Py_TYPE(self), attrid);
// 有回呼的話處理回呼
// ...
return res;
}
取的是 PyTYPE(self) ,也就是說指定的 metaclass 裡面需要定義 instancecheck ,獲得該屬性後,透過 PyObjectCallFunctionObjArgs 呼叫,呼叫的內容才是使用者自定義的多載方法。
檢查機制總結
至此,isinstance 的檢測過程基本清晰了,為了便於理解,也得益於python很強的自解釋能力,我用python程式碼來簡化 isinstance 的過程:
def _isinstance(x, C):
# 快速匹配
if type(x) is C:
return True
# 如果是由元類 type 直接構造的類
if type(C) is type:
return C in x.__class__.__mro__
# 如果第二個引數是元組, 則遞迴呼叫
if type(C) is tuple:
for item in C:
r = _isinstance(x, item)
if r:
return r
# 使用者自定義檢測規則
if hasattr(C, "__instancecheck__"):
return C.__instancecheck__(x)
# 預設行為
return C in x.__class__.__mro__
判斷的過程中有5個步驟,而使用者自定義的 instancecheck 則比較靠後,這個檢測過程主要還是以預設的行為來進行的,使用者行為並不優先。
多載 isinstance(x, C)
因此,要想多載 isinstance(x, C) ,讓使用者能自定義判斷結果,就需要滿足以下條件:
x 物件不能是由 C 直接實體化;
C 類指定 metaclass ;
指定的 metaclass 類中定義了 instancecheck 。
滿足這些條件後,比如對鴨子協議如何判斷就比較清楚了:
class MetaSizeable(type):
def __instancecheck__(cls, instance):
print("__instancecheck__ call")
return hasattr(instance, "__len__")
class Sizeable(metaclass=MetaSizeable):
pass
class B(object):
pass
b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output: False
print(isinstance([], Sizeable)) # output: True
本次測試環境 Python3.6.0
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作者:weapon,不會寫程式的浴室麥霸不是好的神經科醫生
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