Python：子类`type`来创建专门的类型（例如“int列表”）

Question

我正在尝试继承 type 以创建一个允许构建专用类型的类。例如ListType：

>>> ListOfInt = ListType(list, value_type=int)
>>> issubclass(ListOfInt, list)
True
>>> issubclass(list, ListOfInt)
False
>>> # And so on ...

但是，这个ListOfInt 永远不会用于创建实例！我只是将它用作type 的实例，我可以对其进行操作以与其他类型进行比较...特别是，在我的情况下，我需要根据输入的类型查找合适的操作，并且我需要包含更多精度的类型（如list of int 或XML string 等...）。

这就是我想出的：

class SpzType(type):

    __metaclass__ = abc.ABCMeta

    @classmethod
    def __subclasshook__(cls, C):
        return NotImplemented

    def __new__(cls, base, **features):
        name = 'SpzOf%s' % base.__name__
        bases = (base,)
        attrs = {}
        return super(SpzType, cls).__new__(cls, name, bases, attrs)

    def __init__(self, base, **features):
        for name, value in features.items():
            setattr(self, name, value)

abc 的使用在上面的代码中并不明显......但是如果我想像上面的示例那样编写一个子类 ListType，那么它就变得有用了......

基本功能确实有效：

>>> class SimpleType(SpzType): pass
>>> t = SimpleType(int)
>>> issubclass(t, int)
True
>>> issubclass(int, t)
False

但是当我尝试检查 t 是否是 SpzType 的实例时，Python 吓坏了：

>>> isinstance(t, SpzType)
TypeError: __subclasscheck__() takes exactly one argument (0 given)

我与pdb.pm() 探讨了发生了什么，我发现以下代码引发了错误：

>>> SpzType.__subclasscheck__(SimpleType)
TypeError: __subclasscheck__() takes exactly one argument (0 given)

奇怪？！显然有一个论点......那是什么意思？任何想法 ？我误用了abc 吗？

Answer 1

我不太确定您想要实现什么。也许使用collections模块而不是直接使用abc更好？

PEP 3119中有更多关于泛型集合类的信息

Answer 2

使用如下的类工厂函数可能更容易完成您想做的事情。至少对我来说，这让我可以更直接地保持我正在尝试操作的各个级别。

def listOf(base, types={}, **features):
    key = (base,) + tuple(features.items())
    if key in types:
        return types[key]
    else:

        if not isinstance(base, type):
            raise TypeError("require element type, got '%s'" % base)

        class C(list):

             def __init__(self, iterable=[]):
                 for item in iterable:
                     try:    # try to convert to desired type
                         self.append(self._base(item))
                     except ValueError:
                         raise TypeError("value '%s' not convertible to %s"
                            % (item, self._base.__name__))

              # similar methods to type-check other list mutations

        C.__name__ = "listOf(%s)" % base.__name__
        C._base = base
        C.__dict__.update(features)  
        types[key] = C
        return C

请注意，我在这里使用dict 作为缓存，这样您就可以为给定的元素类型和功能组合获得相同的类对象。这使得listOf(int) is listOf(int) 总是True。

Answer 3

感谢 kindall 的评论，我已将代码重构为以下内容：

class SpzType(abc.ABCMeta):

    def __subclasshook__(self, C):
        return NotImplemented

    def __new__(cls, base, **features):
        name = 'SpzOf%s' % base.__name__
        bases = (base,)
        attrs = {}
        new_spz = super(SpzType, cls).__new__(cls, name, bases, attrs)
        new_spz.__subclasshook__ = classmethod(cls.__subclasshook__)
        return new_spz

    def __init__(self, base, **features):
        for name, value in features.items():
            setattr(self, name, value)

所以基本上，SpzType 现在是abc.ABCMeta 的子类，subclasshook 被实现为实例方法。它工作得很好，而且（IMO）很优雅！！！

编辑：有一个棘手的事情......因为__subclasshook__需要是一个类方法，所以我必须手动调用类方法函数......否则如果我想实现__subclasshook__它不起作用。

Answer 4

这是我的其他答案的装饰器版本，适用于任何类。装饰器返回一个工厂函数，该函数返回具有所需属性的原始类的子类。这种方法的好处是它不需要元类，因此如果需要，您可以使用元类（例如ABCMeta）而不会发生冲突。

还要注意，如果基类使用元类，则该元类将用于实例化生成的子类。如果您愿意，您可以硬编码所需的元类，或者，您知道，编写一个装饰器，将元类变成模板类的装饰器……它一直是装饰器！

如果存在，则将类方法__classinit__() 传递给工厂的参数，因此类本身可以有代码来验证参数并设置其属性。 （这将在元类的__init__() 之后调用。）如果__classinit__() 返回一个类，该类将由工厂返回代替生成的类，因此您甚至可以通过这种方式扩展生成过程（例如，对于一个类型-checked 列表类，您可以返回两个内部类之一，具体取决于项目是否应强制转换为元素类型。

如果__classinit__() 不存在，则传递给工厂的参数简单地设置为新类的类属性。

为了方便创建类型受限的容器类，我将元素类型与特性字典分开处理。如果没有通过，就会被忽略。

和以前一样，工厂生成的类会被缓存，这样每次调用具有相同特性的类时，都会得到相同的类对象实例。

def template_class(cls, classcache={}):

    def factory(element_type=None, **features):

        key = (cls, element_type) + tuple(features.items())
        if key in classcache:
            return classcache[key]

        newname  = cls.__name__
        if element_type or features:
            newname += "("
            if element_type:
                newname += element_type.__name__
                if features:
                    newname += ", "
            newname += ", ".join(key + "=" + repr(value)
                                 for key, value in features.items())
            newname += ")"

        newclass = type(cls)(newname, (cls,), {})
        if hasattr(newclass, "__classinit__"):
            classinit = getattr(cls.__classinit__, "im_func", cls.__classinit__)
            newclass = classinit(newclass, element_type, features) or newclass
        else:
            if element_type:
                newclass.element_type = element_type
            for key, value in features.items():
                setattr(newclass, key, value)

        classcache[key] = newclass
        return newclass

    factory.__name__ = cls.__name__
    return factory

一个示例类型限制（实际上是类型转换）列表类：

@template_class
class ListOf(list):

    def __classinit__(cls, element_type, features):
        if isinstance(element_type, type):
            cls.element_type = element_type
        else:
            raise TypeError("need element type")

    def __init__(self, iterable):
        for item in iterable:
            try:
                self.append(self.element_type(item))
            except ValueError:
                raise TypeError("value '%s' not convertible to %s"
                        % (item, self.element_type.__name__))

    # etc., to provide type conversion for items added to list 

生成新类：

Floatlist = ListOf(float)
Intlist   = ListOf(int)

然后实例化：

print FloatList((1, 2, 3))       # 1.0, 2.0, 3.0
print IntList((1.0, 2.5, 3.14))  # 1, 2, 3

或者只是创建类并一步实例化：

print ListOf(float)((1, 2, 3))
print ListOf(int)((1.0, 2.5, 3.14))