如何创建一个 Python 类，它是另一个类的子类，但 issubclass 和/或 isinstance 测试失败？答案

【问题标题】：How to create a Python class that is a subclass of another class, but fails issubclass and/or isinstance tests?如何创建一个 Python 类，它是另一个类的子类，但 issubclass 和/或 isinstance 测试失败？
【发布时间】：2019-11-01 15:45:10
【问题描述】：

我知道这可能是一个糟糕的设计，但我遇到了这样一种情况，我需要即时创建类 Base 的子类 Derived，并使 Derived 的实例失败issubclass(Derived, Base) 或 isinstance(derived_obj, Base) 检查（即返回 False）。

我尝试了很多方法，但都没有成功：

在Derived (https://stackoverflow.com/a/42958013/4909228) 中创建一个名为__class__ 的属性。这只能用于使检查返回True。
覆盖Base 的__instancecheck__ 和__subclasscheck__ 方法。这不起作用，因为 CPython 仅在常规检查返回 False 时调用这些方法。
在__init__ 期间分配__class__ 属性。这在 Python 3.6+ 中不再允许。
创建Derived 子类object 并将其所有属性和方法（包括特殊方法）分配给Base。这不起作用，因为某些方法（例如__init__）不能在不是Base 子类的实例上调用。

这可能在 Python 中完成吗？该方法可能是特定于解释器的（代码仅在 CPython 中运行），并且只需要针对 Python 3.6+ 版本。

为了说明此要求的潜在用途，请考虑以下函数：

def map_structure(fn, obj):
    if isinstance(obj, list):
        return [map_structure(fn, x) for x in obj]
    if isinstance(obj, dict):
        return {k: map_structure(fn, v) for k, v in obj.items()}
    # check whether `obj` is some other collection type
    ...
    # `obj` must be a singleton object, apply `fn` on it
    return fn(obj)

此方法泛化map 以处理任意嵌套的结构。但是，在某些情况下我们不想遍历某个嵌套结构，例如：

# `struct` is user-provided structure, we create a list for each element
struct_list = map_structure(lambda x: [x], struct)
# somehow add stuff into the lists
...
# now we want to know how many elements are in each list, so we want to
# prevent `map_structure` from traversing the inner-most lists
struct_len = map_structure(len, struct_list)

如果上述功能可以实现，那么上面可以改成：

pseudo_list = create_fake_subclass(list)
struct_list = map_structure(lambda x: pseudo_list([x]), struct)
# ... and the rest of code should work

【问题讨论】：

是的，那是糟糕的设计。您可能应该以某种方式使用组合。
您要求的是没有接口继承的实现继承（或者至少，Python 必须最接近接口继承）。这是组合的完美用例。如果您的对象不应该像list 那样迭代，那么它就不是list。干净利落。使它成为一个列表违反了鸭子类型、Liskov 替换和其他可能的原则。
您是否尝试过向实现__instancecheck__ 的基类添加元类？

标签： python

【解决方案1】：

覆盖Base 的__instancecheck__ 和__subclasscheck__ 方法。这不起作用，因为 CPython 仅在常规检查返回 False 时调用这些方法。

这种说法是一种误解。这些钩子将在元类上定义，而不是在基类 (docs) 上。

>>> class Meta(type): 
...     def __instancecheck__(self, instance): 
...         print("instancecheck", self, instance) 
...         return False 
...     def __subclasscheck__(self, subclass): 
...         print("subclasscheck", self, subclass) 
...         return False 
...
>>> class Base(metaclass=Meta):
...     pass
...
>>> class Derived(Base):
...     pass
...
>>> obj = Derived()
>>> isinstance(obj, Base)
instancecheck <class '__main__.Base'> <__main__.Derived object at 0xcafef00d>
False
>>> issubclass(Derived, Base)
subclasscheck <class '__main__.Base'> <class '__main__.Derived'>
False

注意 CPython 性能优化会阻止在某些特殊情况下调用自定义实例检查挂钩（有关详细信息，请参阅 here）。特别是，当存在完全匹配时，您可能不会因为 CPython fast path 而对 isinstance(obj, Derived) 的返回值进行强力武装。

最后一点，我同意评论者的观点，即这听起来不是一个很有前途的设计。在这种情况下，您似乎应该考虑使用组合而不是继承。

【讨论】：

感谢您的精彩回答！还有一个问题：是否可以将元类动态添加到现有类（包括内置类）？
这是不可能的（如果已经创建了元类，那么修改元类没有多大意义，因为元类的主要职责是自定义类的创建）。对于用户定义的类型，你可以自己动态地对实例检查和子类检查方法进行monkeypatch，但你当然不能在内置类型上这样做。

【解决方案2】：

正如其他人指出的那样：使用组合。

创建一个不递归映射的类：

class NotMapped:
    pass

然后使用组合并从中派生您的类：

class Derived(NotMapped):
    pass

然后在函数的开头添加一个案例：

def map_structure(fn, obj):

    if isinstance(obj, NotMapped):
        return obj
    # special-case container types etc.
    ...
    return fn(obj)

将它与多重继承一起用作一种混合。为容器类型创建便利 ctor，因此 NotMapped([1, 2, 3]) 可以按预期工作。

【讨论】：