《流畅的Python》值得反复阅读，温故知新。最近偶然在书上看到一个有点奇葩的知识点，所以就来聊聊这个话题——说不定子类化内置类型会出问题？！1.内置类型有哪些？在正式开始之前，我们首先要科普一下：Python的内置类型有哪些？根据官方文档的分类，内置类型（Built-inTypes）主要包括以下内容：详细文档：https://docs.python.org/3/library/stdtypes.html其中，有well-已知的数值类型、序列类型、文本类型、映射类型等，当然还有我们之前介绍过的布尔类型、……对象等。在这么多内容中，本文只关注那些可调用对象（callable）的内置类型，也就是表面上类似于内置函数的那些：int,str,list,tuple,range,set,dict...这些类型（types）在其他语言中可以简单理解为类（classes），但是Python在这里并没有使用惯用的大驼峰命名法，所以很容易引起一些误解。在Python2.2之后，这些内置类型可以被子类化（subclassing），也就是可以被继承（inherit）。2、内置类型的子类化众所周知，对于一个普通的对象x，Python需要使用public内置函数len(x)求出它的长度，不像Java等面向对象语言，其对象一般都有自己的x.length()方法。（PS：对于这两种设计风格的分析，推荐阅读这篇文章）现在，假设我们要定义一个列表类，希望它有自己的length()方法，同时保留普通列表的所有特性应该有。实验代码如下（仅供演示）：#定义一个列表子类classMyList(list):deflength(self):returnlen(self)我们制作自定义类MyList，继承list，定义一个新的length()方法同时。因此，MyList具有append()、pop()等方法，以及length()方法。#添加两个元素ss=MyList()ss.append("Python")ss.append("cat")print(ss.length())#Output:2上面提到的其他内置类型也可以这样做子类化应该不难理解。顺便问一下，子类化内置类型有哪些好处/使用场景？有一个很直观的例子，当我们需要在自定义类中频繁使用一个列表对象时（向其添加/删除元素，整体传递...），此时如果我们的类继承自列表，我们可以直接写self.append(),self.pop()，或者把self作为一个对象传递，这样就不需要额外定义一个list对象，写起来也会简洁。还有其他好处/使用场景吗？欢迎留言讨论~~3.子类化内置类型的“问题”终于要进入本文的正题了：）一般来说，在我们教科书式的认知中，子类中的方法会覆盖父类中的同名方法，也就是说，子类的方法的搜索优先级高于父类。让我们看一个例子。父类Cat和子类PythonCat都有一个say()方法，用于说出当前对象的inner_voice：#PythoncatisacatclassCat():defsay(self):returnsself.inner_voice()definner_voice(self):return"喵"classPythonCat(Cat):definner_voice(self):return"喵喵"当我们创建子类PythonCat的对象时，它的say()方法会优先调用自己定义的inner_voice()方法，不是Cat父类的inner_voice()方法：my_cat=PythonCat()#如下结果符合预期print(my_cat.inner_voice())#输出：喵print(my_cat.say())#输出：喵喵这是编程语言建立的约定，是一个基本原则。学过面向对象程序设计基础的同学应该都知道。但是，Python在实现继承的时候，似乎并没有完全按照上面的规则来工作。分为两种情况：常识：对于用Python实现的类，会遵循“子类先于父类”的原则违背常理：对于真正用C实现的类（即str、list、dict等）这些内置类型），在显式调用子类方法时，遵循“子类先于父类”的原则；但是，**当有隐式调用时，**他们似乎遵循了“parentbeforechildClass”的原则，即通常的继承规则在这里会失效。与PythonCat例子相比，相当于说当直接调用my_cat.inner_voice()时，会得到正确的“喵”结果，但是当调用my_cat.say()时，会得到超出的“喵”结果期望。下面是《流畅的Python》（12.1节）给出的例子：classDoppelDict(dict):def__setitem__(self,key,value):super().__setitem__(key,[value]*2)dd=DoppelDict(one=1)#{'one':1}dd['two']=2#{'one':1,'two':[2,2]}dd.update(three=3)#{'three':3,'one':1,'two':[2,2]}在本例中dd['two']会直接调用子类的__setitem__()方法，所以结果符合预期。如果其他测试也符合预期，则最终结果将是{'three':[3,3],'one':[1,1],'two':[2,2]}。但是initialization和update()分别直接调用父类继承的__init__()和__update__()，然后隐式调用了__setitem__()方法，但此时并没有调用子类的方法，而是调用了父类的方法，导致意想不到的结果！Python官方实现双重规则的做法有点违背大家的常识。一不留神，可能很容易踩坑。那么，为什么会出现这样的异常呢？4.内置类型方法的真面目我们知道，内置类型不会隐式调用子类重写的方法。电话呢？《流畅的Python》书上没继续追问，只是胡乱猜测（应该从源码上验证）：内置类型的方法都是用C语言实现的，而在事实上，它们彼此无关。有相互调用，所以调用时不存在搜索优先级问题。也就是说，之前的“__init__()和__update__()会隐式调用__setitem__()方法”是不准确的！这些法术其实是相互独立的！__init__()有自己setitem的实现，并没有调用父类的__setitem__()，当然也和子类的__setitem__()没有关系。从逻辑上理解，字典的__init__()方法包含了__setitem__()的函数，所以我们以为前者会调用后者，**这是惯性思维的表现，**然而实际的调用关系可能是这样的：左边的方法打开了语言界面的大门，进入了右边的世界，实现了它所有的使命，不会再回到原来的界面去寻找下一条指令（也就是图中红线路径不存在）。不重入的原因很简单，就是C语言之间的代码调用效率更高，实现路径更短，实现过程更简单。同样，dict类型的get()方法与__getitem__()也没有调用关系。如果子类只重写__getitem__()，当子类调用get()方法时，实际上会使用父类的get()方法。（PS：关于这一点，《流畅的Python》和PyPy文档的描述并不准确，他们误认为get()方法会调用__getitem__()）底层C语言实现时，可能有共同的逻辑或方法可以重复使用。我想到了我在《WhyPython》系列中分析过的《Python 为什么能支持任意的真值判断?》。我们在写ifxxx的时候，看似隐式调用了__bool__()和__len__()魔术方法，但实际上程序会根据POP_JUMP_IF_FALSE指令直接进入纯C代码的逻辑，不需要这些两个魔术方法方法调用！所以，在意识到C实现的特殊方法是相互独立的之后，我们再回过头来看内置类型的子类化，就会有一个新的发现：父类的__init__()魔术方法会打破languageinterface实现了自己的使命，但是，它和子类的__setitem__()之间没有路径，也就是图中红线的路径是不可达的。特殊方法各行其道，所以我们会得出与上一篇不同的结论：其实Python严格遵循“子类方法先于父类方法”的继承原则，这并不违背常识！最后，值得一提的是__missing__()是一个特例。《流畅的Python》简单模糊地写了一句话，没有过多的展开。经过初步实验，我发现当子类定义这个方法时，当get()读取到一个不存在的key时，一般会返回None；但是当__getitem__()和dd['xxx']读到一个不存在的key时，会按照子类定义的__missing__()进行处理。没来得及深入分析，还请知道答案的朋友给我留言。5.子类化内置类型的最佳实践综上所述，子类化内置类型是没有问题的，但是结果偏差是我们没有认清特殊方法（C语言实现的方法）的真面目造成的。那么，这就提出了一个新的问题：如果必须继承内置类型，最佳实践是什么？首先，如果继承内置类型后不重写（overwrite）它的特殊方法，子类化是没有问题的。其次，如果继承后要重写特殊的方法，记得把要改的方法全部重写。例如，如果要更改get()方法，则必须重写get()方法。如果要改变__getitem__()方法，我们就得重写它……但是，如果我们只是想重写一些逻辑（也就是C语言的一部分），让所有使用这个逻辑的特殊方法都改变，比如重写__setitem__()的同时，初始化和update()等操作都变了，那我们该怎么办呢？我们知道，特殊方法之间是没有复用的，也就是说，仅仅定义一个new__setitem__()是不够的，那么，如何才能同时影响多个方法呢？Python的非官方版本PyPy发现了这个问题。它的做法是调用内置类型的特殊方法，并在它们之间建立连接路径。当然Python官方也意识到了这个问题，但是并没有改变内置类型的特性，而是提供了新的解决方案：UserString、UserList、UserDict……除了名字不同，基本都可以被认为等同于内置类型。这些类的基本逻辑都是用Python实现的，相当于把之前C语言接口的一些逻辑搬到了Python接口上，在左边建立了一个调用链，这样就解决了一些特殊方法的复用。.与前面的例子相比，采用新的继承方式后，结果如预期：fromcollectionsimportUserDictclassDoppelDict(UserDict):def__setitem__(self,key,value):super().__setitem__(key,[value]*2)dd=DoppelDict(one=1)#{'one':[1,1]}dd['two']=2#{'one':[1,1],'two':[2,2]}dd.update(three=3)#{'one':[1,1],'two':[2,2],'three':[3,3]}显然，如果要继承str/list/dict，最好的最佳实践是继承集合库提供的类。6.总结写了这么多，该收尾了~~在本系列的上一篇文章中，Python猫从搜索顺序和运行两个方面分析了“为什么内置函数/内置类型不是万能的”speed，本文一脉相承，同时也揭示了一些神秘的、看似有缺陷的内置类型的行为特征。这篇文章虽然受到了《流畅的Python》一书的启发，但在语言表象之外，我们多问了一个“为什么”，从而进一步分析现象背后的原理。总之，内置类型的特殊方法是由C语言独立实现的，在Python语言接口中没有调用关系，所以当内置类型被子类化时，重写的特殊方法只会影响方法本身，不会影响其他特殊方法的效果。如果我们对特殊方法之间的关系有错误的理解，我们可能会认为Python打破了“子类方法先于父类方法”的基本继承原则。（不幸的是《流畅的Python》和PyPy都有这种错误的认知）为了迎合对内置类型的普遍期望，Python在标准库中提供了UserString、UserList、UserDict等扩展类，方便程序员使用继承这些基本类型。数据类型。本文转载自微信公众号“蟒猫”，可通过以下二维码关注。转载本文请联系Python猫公众号。
