Python：子类`type`来创建专门的类型（例如“int列表”）

Question

我正在尝试子类化type以创建 class 允许构建专用类型。 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，我可以操纵它来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，并且我需要类型包含更多精度（如list of int或XML string列表等...）。

所以这就是我想出的：

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......

基本功能实际上有效：

>>> 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 的一个实例时， SpzType吓坏了：

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

我用pdb.pm()探索了发生了什么，我发现以下代码引发了错误：

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

诡异的？。 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

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

PEP 3119中有关于通用集合类的更多信息

Answer 2

使用 class 工厂 function 可能更容易完成您想要做的事情，如下所示。 至少对我来说，它让我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，因此对于给定的元素类型和功能组合，您可以获得相同的 class object。 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，并且subclasshook被实现为实例方法。 它工作得很好，而且（IMO）很优雅！

编辑：有一件棘手的事情......因为__subclasshook__需要是一个类方法，所以我必须手动调用类方法 function ......否则如果我想实现__subclasshook__ 。

Answer 4

这是我的其他答案的装饰器版本，适用于任何 class。 装饰器返回一个工厂 function ，它返回具有所需属性的原始 class 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。

另请注意，如果基础 class 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！

If it exists, a class method __classinit__() is passed the arguments passed to the factory, so the class itself can have code to validate arguments and set its attributes. （这将在元类的__init__()之后调用。）如果__classinit__()返回 class，则工厂返回此 class 代替生成的，因此您甚至可以通过这种方式扩展生成过程（例如，对于类型-checked list class，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 arguments 只需在新的 class 上设置为 class 属性。

为了方便创建类型受限的容器类，我将元素类型与特征字典分开处理。 如果未通过，将被忽略。

和以前一样，工厂生成的类被缓存，因此每次调用具有相同功能的 class 时，都会得到相同的 class object 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

示例类型限制（实际上是类型转换）列表 class：

@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

或者只需创建 class 并一步实例化：

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