抽象基類的常見用途：實現接口時作為超類使用。然後，說明抽象基類如何檢查具體子類是否符合接口定義，以及如何使用註冊機制聲明一個類實現了某個接口，而不進行子類化操作。最後，說明如何讓抽象基類自動“識別”任何符合接口的類——不進行子類化或註冊。
如果你還在入門糾結，那小編就把畢身所學都教給你了，哈哈如果你還在苦惱怎麼入門python，小編有個建議，可以加小編弄的一個Python交流基地，大家可以進入交流基地：58937142，裡面新手入門資料，可以說從零到項目實戰，都是可以免費獲取的，還有程序員大牛為各位免費解答問題，熱心腸的小夥伴也是蠻多的。不失為是一個交流的的好地方，小編在這裡邀請大家加入我的大家庭。歡迎你的到來。一起交流學習！共同進步！小編等你！
Python文化中的接口和協議
接口在動態類型語言中是怎麼運作的呢？首先，基本的事實是，Python語言沒有 interface 關鍵字，而且除了抽象基類，每個類都有接口：類實現或繼承的公開屬性（方法或數據屬性），包括特殊方法，如__getitem__ 或 __add__。
按照定義， 受保護的屬性和私有屬性不在接口中 ：即便“受保護的”屬性也只是採用命名約定實現的（單個前導下劃線）；私有屬性可以輕鬆地訪問，原因也是如此。不要違背這些約定。
另一方面，不要覺得把公開數據屬性放入對象的接口中不妥，因為如果需要，總能實現讀值方法和設值方法，把數據屬性變成特性，使用obj.attr 句法的客戶代碼不會受到影響。 Vector2d 類就是這麼做的，Vector2d 類的第一版，x 和 y 是公開屬性。
vector2d_v0.py：x 和 y 是公開數據屬性
1 class Vector2d:2 3 def __init__(self, x, y):4 self.x = x5 self.y = y6 7 def __iter__(self):8 return (n for n in (self.x, self.y))
我們把 x 和 y 變成了只讀特性。這是一項重大重構，但是 Vector2d 的接口基本沒變：用戶仍能讀取my_vector.x 和 my_vector.y。
1 class Vector2d:
Python喜歡序列
Python 數據模型的哲學是儘量支持基本協議。對序列來說，即便是最簡單的實現，Python 也會力求做到最好。
下圖展示了定義為抽象基類的 Sequence 正式接口。
Sequence 抽象基類和 collections.abc 中相關抽象類的UML 類圖，箭頭由子類指向超類，以斜體顯示的是抽象方法
現在，看看下面:chestnut:中的 Foo 類。它沒有繼承 abc.Sequence，而且只實現了序列協議的一個方法： __getitem__ （沒有實現 __len__ 方法）。
>>> class Foo:... def __getitem__(self, pos):... return range(0, 30, 10)[pos]
雖然沒有 __iter__ 方法，但是 Foo 實例是可迭代的對象，因為發現有__getitem__ 方法時，Python 會調用它，傳入從 0 開始的整數索引，嘗試迭代對象（這是一種後備機制）。儘管沒有實現 __contains__ 方法，但是 Python 足夠智能，能迭代 Foo 實例，因此也能使用 in 運算符：Python 會做全面檢查，看看有沒有指定的元素。
綜上，鑑於序列協議的重要性， 如果沒有 __iter__ 和 __contains__方法 ，Python 會 調用 __getitem__ 方法 ，設法讓迭代和 in 運算符可用。
下面的 FrenchDeck 類也沒有繼承 abc.Sequence，但是實現了序列協議的兩個方法：__getitem__ 和 __len__。
1 class FrenchDeck:
使用猴子補丁在運行時實現協議
FrenchDeck 類有個重大缺陷： 無法洗牌 。如果 FrenchDeck 實例的行為像序列，那麼它就不需要 shuffle 方法，因為已經有 random.shuffle 函數可用，文檔中說它的作用是“就地打亂序 x”（https://docs.python.org/3/library/random.html#random.shuffle ）。
標準庫中的 random.shuffle 函數用法如下：
>>> from random import shuffle>>> my_list = list(range(1, 11))>>> shuffle(my_list)>>> my_list
然而，如果嘗試打亂 FrenchDeck 實例，會出現異常，如下面的 :chestnut: 所示。
Traceback (most recent call last): File "/Users/demon/PycharmProjects/FluentPython/接口：從協議到抽象基類/FrenchDeck.py", line 37, in <module>
錯誤消息相當明確，“'FrenchDeck' object does not support itemassignment”（'FrenchDeck' 對象不支持為元素賦值）。這個問題的原因是， shuffle 函數要調換集合中元素的位置 ，而 F renchDeck 只實現了不可變的序列協議 。 可變的序列 還必須提供 __setitem__ 方法 。
解決辦法為FrenchDeck 打猴子補丁，把它變成可變的，讓random.shuffle 函數能處理
1 from collections import namedtuple 2 from random import shuffle 3
以上代碼的執行結果為：
[Cards(rank='K', suit='diamonds'), Cards(rank='4', suit='spades'), Cards(rank='A', suit='clubs'), Cards(rank='K', suit='spades'), Cards(rank='6', suit='clubs')]
這裡的關鍵是，set_card 函數要知道 deck 對象有一個名為 _cards 的屬性，而且 _cards 的值必須是可變序列。然後，我們把 set_card 函數賦值給特殊方法 __setitem__，從而把它依附到 FrenchDeck 類上。這種技術叫猴子補丁：在運行時修改類或模塊，而不改動源碼。猴子補丁很強大，但是打補丁的代碼與要打補丁的程序耦合十分緊密，而且往往要處理隱藏和沒有文檔的部分。
定義抽象基類的子類
在下面的:chestnut: 中，我們明確把 FrenchDeck2 聲明為collections.MutableSequence 的子類。
frenchdeck2.py：FrenchDeck2，collections.MutableSequence的子類
1 import collections 2
Sequence 和 MutableSequence 抽象基類的方法不全是抽象的。
MutableSequence 抽象基類和 collections.abc 中它的超類的 UML 類圖（箭頭由子類指向祖先；以斜體顯示的名稱是抽象類和抽象方法）
FrenchDeck2 從 Sequence 繼承了幾個拿來即用的具體方法__contains__、__iter__、__reversed__、index 和count。FrenchDeck2 從MutableSequence 繼承了append、extend、pop、remove 和__iadd__。
標準庫中的抽象基類
從 Python 2.6 開始，標準庫提供了抽象基類。大多數抽象基類在collections.abc 模塊中定義，不過其他地方也有。例如，numbers和 io 包中有一些抽象基類。但是，collections.abc 中的抽象基類最常用。我們來看看這個模塊中有哪些抽象基類。
collections.abc模塊中的抽象基類
collections.abc 模塊中各個抽象基類的 UML 類圖
Iterable、Container 和 Sized
各個集合應該繼承這三個抽象基類，或者至少實現兼容的協議。Iterable 通過 __iter__ 方法支持迭代，Container 通過__contains__ 方法支持 in 運算符，Sized 通過 __len__ 方法支持len() 函數。
Sequence、Mapping 和 Set
這三個是主要的不可變集合類型，而且各自都有可變的子類
MappingView
在 Python 3 中，映射方法 .items()、.keys() 和 .values() 返回的對象分別是 ItemsView、KeysView 和 ValuesView 的實例。前兩個類還從 Set 類繼承了豐富的接口。
Callable 和 Hashable
這兩個抽象基類與集合沒有太大的關係，只不過因為collections.abc 是標準庫中定義抽象基類的第一個模塊，而它們又太重要了，因此才把它們放到 collections.abc 模塊中。我從未見過Callable 或 Hashable 的子類。這兩個抽象基類的主要作用是為內置函數 isinstance 提供支持，以一種安全的方式判斷對象能不能調用或散列。
Iterator
注意它是 Iterable 的子類。繼 collections.abc 之後，標準庫中最有用的抽象基類包是numbers
抽象基類的數字塔
numbers 包（https://docs.python.org/3/library/numbers.html ）定義的是“數 字塔”（即各個抽象基類的層次結構是線性的），其中 Number 是位於最頂端的超類，隨後是 Complex 子類，依次往下，最底端是 Integral類：
Number
Complex
Real
Rational
Integral
因此，如果想檢查一個數是不是整數，可以使用 isinstance(x,numbers.Integral) ，這樣代碼就能接受 int、bool（int 的子類），或者外部庫使用 numbers 抽象基類註冊的其他類型。為了滿足檢查的需要，你或者你的 API 的用戶始終可以把兼容的類型註冊為numbers.Integral 的虛擬子類。
與之類似，如果一個值可能是浮點數類型，可以使用 isinstance(x,numbers.Real) 檢查。這樣代碼就能接受bool、int、float、fractions.Fraction，或者外部庫（如NumPy，它做了相應的註冊）提供的非複數類型。
定義並使用一個抽象基類
為了證明有必要定義抽象基類，我們要在框架中找到使用它的場景。想象一下這個場景：你要在網站或移動應用中顯示隨機廣告，但是在整個廣告清單輪轉一遍之前，不重複顯示廣告。假設我們在構建一個廣告管理框架，名為 ADAM。它的職責之一是，支持用戶提供隨機挑選的無重複類。 為了讓 ADAM 的用戶明確理解“隨機挑選的無重複”組件是什麼意思，我們將定義一個抽象基類。
受到“棧”和“隊列”（以物體的排放方式說明抽象接口）啟發，我將使用現實世界中的物品命名這個抽象基類：賓果機和彩票機是隨機從有限的集合中挑選物品的機器，選出的物品沒有重複，直到選完為止。
我們把這個抽象基類命名為 Tombola，這是賓果機和打亂數字的滾動容器的意大利名。
Tombola 抽象基類有四個方法，其中兩個是抽象方法。
.load(...)：把元素放入容器。
.pick():從容器中隨機拿出一個元素，返回選中的元素
另外兩個是具體方法。
.loaded()：如果容器中至少有一個元素，返回 True。
.inspect()：返回一個有序元組，由容器中的現有元素構成，不會修改容器的內容（內部的順序不保留）。
展示了 Tombola 抽象基類和三個具體實現。
一個抽象基類和三個子類的 UML 類圖。根據 UML 的約定，Tombola 抽象基類和它的抽象方法使用斜體。虛線箭頭用於表示接口實現，這裡它表示 TomboList 是 Tombola 的虛擬子類，因為TomboList 是註冊的
1 import abc 2
選擇使用 LookupError 異常的原因是，在 Python 的異常層次關係中，它與 IndexError 和 KeyError 有關，這兩個是具體實現 Tombola的數據結構最有可能拋出的異常。據此，實現代碼可能會拋出LookupError、IndexError 或 KeyError 異常。
異常類的部分層次結構
BaseException├── SystemExit
我們自己定義的 Tombola 抽象基類完成了。為了一睹抽象基類對接口所做的檢查，下面我們嘗試使用一個有缺陷的實現來糊弄 Tombola，如下面的 :chestnut: 所示
不符合 Tombola 要求的子類無法矇混過關
>>> from tombola import Tombola>>> class Fake(Tombola): # 把Fake聲明為Tombole的子類，繼承抽象類... def pick(self):
抽象基類句法詳解
聲明抽象基類最簡單的方式是繼承 abc.ABC 或其他抽象基類。
然而，abc.ABC 是 Python 3.4 新增的類，因此如果你使用的是舊版Python，那麼無法繼承現有的抽象基類。此時，必須在 class 語句中使用 metaclass= 關鍵字，把值設為 abc.ABCMeta（不是 abc.ABC）。在下面的:chestnut: ，可以寫成：
class Tombola(metaclass=abc.ABCMeta):
metaclass= 關鍵字參數是 Python 3 引入的。在 Python 2 中必須使用__metaclass__ 類屬性：
class Tombola(object): # 這是Python 2！！！
除了 @abstractmethod 之外，abc 模塊還定義了 @abstractclassmethod、@abstractstaticmethod 和@abstractproperty 三個裝飾器 。然而， 後三個裝飾器從 Python 3.3起廢棄了 ，因為裝飾器可以在 @abstractmethod 上堆疊，那三個就顯得多餘了。例如，聲明抽象類方法的推薦方式是：
class MyABC(abc.ABC): @classmethod @abc.abstractmethod
定義Tombola抽象基類的子類
定義好 Tombola 抽象基類之後，我們要開發兩個具體子類，滿足Tombola 規定的接口。
下面的:chestnut: 中的 BingoCage 類，使用了更好的隨機發生器。 BingoCage 實現了所需的抽象方法 load 和 pick，從 Tombola 中繼承了 loaded 方法，覆蓋了 inspect 方法，還增加了__call__ 方法。
1 import random 2 import abc 3
下面是 Tombola 接口的另一種實現，雖然與之前不同，但完全有效。LotteryBlower 打亂“數字球”後沒有取出最後一個，而是取出一個隨機位置上的球。
lotto.py：LotteryBlower 是 Tombola 的具體子類，覆蓋了繼承的 inspect 和 loaded 方法
1 import random 2