如何在 Python 中创建自己的“参数化”类型（如 `Optional[T]`）？

Question

我想在 Python 中创建自己的参数化类型以用于类型提示：

class MaybeWrapped:
    # magic goes here

T = TypeVar('T')

assert MaybeWrapped[T] == Union[T, Tuple[T]]

别介意人为的例子；我该如何实施？我查看了 Union 和 Optional 的源代码，但它看起来像是一些我想避免的相当低级的黑客行为。

文档中唯一的建议来自example re-implementation of Mapping[KT,VT] that inherits from Generic。但这个例子更多的是关于 __getitem__ 方法而不是类本身。

Answer 1

如果您只是想创建通用类或函数，请尝试查看documentation on mypy-lang.org about generic types——它相当全面，比标准库类型文档更详细。

如果您尝试实现您的具体示例，值得指出的是 type aliases work with typevars -- 您可以这样做：

from typing import Union, TypeVar, Tuple

T = TypeVar('T')

MaybeWrapped = Union[T, Tuple[T]]

def foo(x: int) -> MaybeWrapped[str]:
    if x % 2 == 0:
        return "hi"
    else:
        return ("bye",)

# When running mypy, the output of this line is:
# test.py:13: error: Revealed type is 'Union[builtins.str, Tuple[builtins.str]]'
reveal_type(foo(3))

但是，如果您尝试构建具有真正新语义的泛型类型，那么您很可能不走运。您剩下的选择是：

1. 构建符合 PEP 484 的类型检查器可以理解和使用的某种自定义类/元类。
2. 以某种方式修改您正在使用的类型检查器（例如，mypy 有一个实验性“插件”系统）
3. 请求修改 PEP 484 以包含您的新自定义类型（您可以通过在 typing module repo 中打开问题来完成此操作。

Answer 2

正是__getitem__ 方法发挥了所有作用。

这就是订阅一个名字时调用的方法，用[和]括号。

因此，您需要在您的类的类中使用__getitem__ 方法 - 即它的元类，它将作为参数获取括号内的任何内容。该方法负责动态创建（或检索缓存的副本）您想要生成的任何内容，并将其返回。

我只是无法想象您希望如何将其用于类型提示，因为类型库似乎涵盖了所有合理的情况（我想不出他们尚未涵盖的示例）。但是让我们假设您希望一个类返回其自身的副本，但参数注释为它的type_ 属性：

class MyMeta(type):
    def __getitem__(cls, key):
        new_cls = types.new_class(f"{cls.__name__}_{key.__name__}", (cls,), {}, lambda ns: ns.__setitem__("type", key))
        return new_cls

class Base(metaclass=MyMeta): pass

在交互模式下尝试这个，可以做到：

In [27]: Base[int]
Out[27]: types.Base_int

更新：从 Python 3.7 开始，还有专门为此目的而创建的特殊方法 __class_getitem__：它充当类方法并避免仅针对这种情况的需要或元类.在metaclass.__getitem__ 中写入的任何内容都可以直接放入cls.__class_getitem__ 方法中。定义在PEP 560

Answer 3

我想根据@jsbueno 的回答提出改进的解决方案。现在我们的“泛型”可以用于比较和身份检查，它们的行为就像“真正的”泛型一样。我们也可以禁止实例化非类型类本身。而且！我们得到了isinstance免费检查！

还可以满足BaseMetaMixin 类的完美静态类型检查！

import types
from typing import Type, Optional, TypeVar, Union

T = TypeVar('T')


class BaseMetaMixin:
    type: Type


class BaseMeta(type):
    cache = {}

    def __getitem__(cls: T, key: Type) -> Union[T, Type[BaseMetaMixin]]:
        if key not in BaseMeta.cache:
            BaseMeta.cache[key] = types.new_class(
                f"{cls.__name__}_{key.__name__}",
                (cls,),
                {},
                lambda ns: ns.__setitem__("type", key)
            )

        return BaseMeta.cache[key]

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        assert getattr(cls, 'type', None) is not None, "Can not instantiate Base[] generic"
        return super().__call__(*args, **kwargs)


class Base(metaclass=BaseMeta):
    def __init__(self, some: int):
        self.some = some


# identity checking
assert Base[int] is Base[int]
assert Base[int] == Base[int]
assert Base[int].type is int
assert Optional[int] is Optional[int]

# instantiation
# noinspection PyCallByClass
b = Base[int](some=1)
assert b.type is int
assert b.some == 1

try:
    b = Base(1)
except AssertionError as e:
    assert str(e) == 'Can not instantiate Base[] generic'

# isinstance checking
assert isinstance(b, Base)
assert isinstance(b, Base[int])
assert not isinstance(b, Base[float])

exit(0)
# type hinting in IDE
assert b.type2 is not None # Cannot find reference 'type2' in 'Base | BaseMetaMixin'
b2 = Base[2]()  # Expected type 'type', got 'int' instead