从没有参数的函数返回泛型

Question

我刚刚进入 Python 中更复杂的类型提示内容，特别是 typing.Generic。

假设我有一个基类和一个子类：

class Base:
    def base_method(self):
        pass


class Sub(Base):
    def sub_method(self):
        pass

现在我想创建一个类，它的实例变量可以是“Base 或其任何子类”。为此，我必须使用typing.TypeVar 和typing.Generic：

class FullyTypedContainer(Generic[BaseOrSubclass]):
    def __init__(self, p: BaseOrSubclass):
        self._p = p

    @property
    def p(self) -> BaseOrSubclass:
        return self._p

这很好用； p 的类型是通过 BaseOrSubclass “传递”的，因此像 PyLance 这样的语言服务器会看到 FullTypedContainer(Sub()).p 有一个名为 sub_method() 的方法，但 FullyTypedContainer(Base()).p 没有。

那么这个函数的类型提示是什么？

def get_random_list_of_containers():
    a = random.randint(0, 1)
    if a == 0:
        return [FullyTypedContainer(Sub()), FullyTypedContainer(Base())]
    else:
        return [FullyTypedContainer(Base()), FullyTypedContainer(Sub())]

• -> typing.List[FullyTypedContainer]：没有指定FullyTypedContainer 的类型，因此get_list_of_containers()[0].p 似乎被视为Any 类型。

• -> typing.List[FullyTypedContainer[Base]]：“强制”所有类型为Base，（不是Base 或其子类之一），因此get_list_of_containers()[0].p 被视为从未拥有sub_method() 方法。

• -> typing.List[FullyTypedContainer[typing.Union[Base, Sub]]：似乎是最好的选择，但需要我手动维护Base 的每个子类的列表。

Answer 1

这里有两个问题，这两个问题都与variance of generic types 有关：List 和您的自定义泛型类型FullyTypedContainer 都是不变的。

假设Sub 是Base 的子类型。给定一个泛型类型GenType：

• 如果GenType[Sub] 是GenType[Base] 的子类型，那么它是协变的。许多容器在直觉上是协变的。
• 如果GenType[Base] 是GenType[Sub] 的子类型，那么它是逆变的。这听起来有悖常理，但 Callable 类型实际上与它的参数类型是逆变的。如果我们需要一个带有 Sub 参数的可调用对象，则可以使用带有 Base 参数的可调用对象。
• 如果以上都不成立，那么GenType 是不变。

Python 的List 类型是不变的，Generic 类型的变化取决于它的TypeVar——默认情况下TypeVars 是不变的。因此，要正确键入注释您的函数，您需要进行两处更改：

• 使用协变序列类型，例如Sequence。
• 将BaseOrSubclass 类型变量也设为协变。

在代码中，它看起来像这样：

BaseOrSubclass = TypeVar("BaseOrSubclass", bound=Base, covariant=True)

class FullyTypedContainer(Generic[BaseOrSubclass]):
    def __init__(self, p: BaseOrSubclass): ...

def get_list_of_containers() -> Sequence[FullyTypedContainer[Base]]:
    return [FullyTypedContainer(Sub()), FullyTypedContainer(Base())]

这是关于 mypy-play 的更完整示例：https://mypy-play.net/?mypy=latest&python=3.10&gist=85af8d25521c9d4b8454719685b37fc8

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关于List 与Sequence 的注释：

技术上List 不等同于Sequence：

• List 始终指代内置 list 的类型。
• Sequence 是定义__getitem__、__len__ 的任何“类列表”类型，以及一些其他方法，如__reverse__ 和count 等。这也包括tuple、str、bytes类型等。

Answer 2

列表的类型是同质的：所有元素都具有相同的静态类型。您可以做的最好的事情是List[FullyTypedContainer[Base]] 或List[FullyTypedContainer[Union[Base, Sub]]。或者使用自定义集合，允许您将特定内容限制为特定类型并使用它而不是列表