在Python中，如何强制抽象方法在子类上是静态的？

Question

这是我想要的设置：A应该是一个带有静态和抽象方法f（）的抽象基类。 B应该从A继承。要求：1。你不应该能够实例化A 2.你不应该实例化B，除非它实现了静态的f（）

从这个问题中汲取灵感，我尝试了几种方法。 有了这些定义：

class abstractstatic(staticmethod):
    __slots__ = ()
    def __init__(self, function):
        super(abstractstatic, self).__init__(function)
        function.__isabstractmethod__ = True
    __isabstractmethod__ = True

class A:
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @abstractstatic
    def f():
        pass

class B(A):
    def f(self):
        print 'f'

class A2:
    __metaclass__ = abc.ABCMeta
    @staticmethod
    @abc.abstractmethod
    def f():
        pass

class B2(A2):
    def f(self):
        print 'f'

这里使用通常的Python约定定义A2和B2，并使用本答案中建议的方式定义A和B. 以下是我尝试的一些操作以及不希望的结果。

A / B班：

>>> B().f()
f
#This should have thrown, since B doesn't implement a static f()

A2 / B2类：

>>> A2()
<__main__.A2 object at 0x105beea90>
#This should have thrown since A2 should be an uninstantiable abstract class

>>> B2().f()
f
#This should have thrown, since B2 doesn't implement a static f()

由于这些方法都没有给我我想要的输出，我如何实现我想要的？

Answer 1

只用ABCMeta你不能做你想做的ABCMeta 。 ABC强制执行不进行任何类型检查，只强制存在具有正确名称的属性 。

举个例子：

>>> from abc import ABCMeta, abstractmethod, abstractproperty
>>> class Abstract(object):
...     __metaclass__ = ABCMeta
...     @abstractmethod
...     def foo(self): pass
...     @abstractproperty
...     def bar(self): pass
... 
>>> class Concrete(Abstract):
...     foo = 'bar'
...     bar = 'baz'
... 
>>> Concrete()
<__main__.Concrete object at 0x104b4df90>

我能够构造Concrete()即使foo和bar都是简单的属性。

ABCMeta元类仅跟踪__isabstractmethod__属性为真的剩余对象数量; 当从元类创建一个类（ ABCMeta.__new__被调用）时，然后将cls.__abstractmethods__属性设置为一个frozenset对象，其中所有名称仍然是抽象的。

type.__new__然后测试该frozenset并在尝试创建实例时抛出TypeError 。

你必须在这里制作自己的 __new__方法; 子类ABCMeta并在新的__new__方法中添加类型检查。 该方法应该在基类上查找__abstractmethods__集，在MRO中找到具有__isabstractmethod__属性的相应对象，然后对当前类属性进行类型检查。

这意味着您在定义类时抛出异常，而不是实例。 为了实现这一点，你需要为你的ABCMeta子类添加一个__call__方法，并根据你自己的__new__方法收集的关于哪些类型错误的信息抛出异常; 类似于ABCMeta和type.__new__做的两个阶段的过程。 或者，更新类上的__abstractmethods__设置以添加已实现但具有错误类型的任何名称，并使其type.__new__以抛出异常。

以下实现采用最后的方法; 如果实现的类型不匹配（使用映射）， __abstractmethods__名称添加回__abstractmethods__ ：

from types import FunctionType

class ABCMetaTypeCheck(ABCMeta):
    _typemap = {  # map abstract type to expected implementation type
        abstractproperty: property,
        abstractstatic: staticmethod,
        # abstractmethods return function objects
        FunctionType: FunctionType,
    }
    def __new__(mcls, name, bases, namespace):
        cls = super(ABCMetaTypeCheck, mcls).__new__(mcls, name, bases, namespace)
        wrong_type = set()
        seen = set()
        abstractmethods = cls.__abstractmethods__
        for base in bases:
            for name in getattr(base, "__abstractmethods__", set()):
                if name in seen or name in abstractmethods:
                    continue  # still abstract or later overridden
                value = base.__dict__.get(name)  # bypass descriptors
                if getattr(value, "__isabstractmethod__", False):
                    seen.add(name)
                    expected = mcls._typemap[type(value)]
                    if not isinstance(namespace[name], expected):
                        wrong_type.add(name)
        if wrong_type:
            cls.__abstractmethods__ = abstractmethods | frozenset(wrong_type)
        return cls

使用此元类，您可以获得预期的输出：

>>> class Abstract(object):
...     __metaclass__ = ABCMetaTypeCheck
...     @abstractmethod
...     def foo(self): pass
...     @abstractproperty
...     def bar(self): pass
...     @abstractstatic
...     def baz(): pass
... 
>>> class ConcreteWrong(Abstract):
...     foo = 'bar'
...     bar = 'baz'
...     baz = 'spam'
... 
>>> ConcreteWrong()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Can't instantiate abstract class ConcreteWrong with abstract methods bar, baz, foo
>>> 
>>> class ConcreteCorrect(Abstract):
...     def foo(self): return 'bar'
...     @property
...     def bar(self): return 'baz'
...     @staticmethod
...     def baz(): return  'spam'
... 
>>> ConcreteCorrect()
<__main__.ConcreteCorrect object at 0x104ce1d10>