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Python中的多个构造器方法重载与泛方法定义

什么是“泛方法”?由多个方法组成的方法,这些方法为不同的类型实现相同的操作。举个栗子现在有个需求,需要你通过以下几种方式创建一个自定义的日期类(CustomDate):时间戳年、月、日(包含三个整数的元组)ISO格式的字符串Datetime类一般实现fromdatetimeimportdate,datetimeclassCustomDate:def__init__(self,arg):ifisinstance(arg,(int,float)):self.__date=date.fromtimestamp(

本文目录

      什么是“泛方法”?

      由多个方法组成的方法,这些方法为不同的类型实现相同的操作。

      举个栗子 

      现在有个需求,需要你通过以下几种方式创建一个自定义的日期类(CustomDate):

      • 时间戳

      • 年、月、日(包含三个整数的元组)

      • ISO 格式的字符串

      • Datetime 类

      一般实现

      from datetime import date, datetime
      class CustomDate:
          def __init__(self, arg):
              if isinstance(arg, (int, float)):
                  self.__date = date.fromtimestamp(arg)
              elif isinstance(arg, tuple) and len(arg) == 3 and all(map(lambda x: isinstance(x, int), arg):
                  self.__date = date(*arg)
              elif isinstance(arg, str):
                  self.__date = date.fromisoformat(arg)
              elif isinstance(arg, datetime):
                  self.__date = datetime.date()
              else:
                  raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
          @property
          def date():
              return self.__date

      注:这里暂不讨论传入的日期/时间戳合不合法,仅仅只对类型做大致判断。

      有没有更好的方式?

      我们可以将不同的构建方式拆分为多个方法,并利用 functools 中的 singledispatchmethod 装饰器来根据传入的参数类型决定调用哪个方法。

      from datetime import date, datetime
      from functools import singledispatchmethod
      class CustomDate:
          @singledispatchmethod
          def __init__(self, arg):
              raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
          @__init__.register(int)
          @__init__.register(float)
          def __from_timestamp(self, arg):
              self.__date = date.fromtimestamp(arg)
          @__init__.register(tuple)
          def __from_tuple(self, arg):
              if len(arg) == 3 and all(map(lambda x: isinstance(x, int), arg)):
                  self.__date = date(*arg)
              else:
                  raise ValueError("could not create instance from a malformed tuple")
          @__init__.register(str)
          def __from_isoformat(self, arg):
              self.__date = date.fromisoformat(arg)
          @__init__.register(datetime)
          def __from_datetime(self, arg):
              self.__date = arg.date()
          @property
          def date(self):
              return self.__date

      这样一来,我们便能将每种参数类型的初始化独立成一个个的方法了。

      缺点

      #1 单分派

      在调用期间应该使用哪个方法实现由分派算法决定。如果该算法只基于单个参数的类型来决定使用哪个方法实现,则称其为单分派。

      singledispatchmethod 就是就是单分派的。也就是说,只有第一个参数会作为考量。这在实际业务中是远远不足的。

      #2 不支持 typing

      然而,如上,对元组中元素类型判断还是需要我们用 if/else 实现。也就是说,我们不能使用 typing.Tuple[int, int, int]。

      作为一种折中的方案,或许我们可以定义一个 ThreeIntTuple 类来对其进行限定,将这些判断从 CustomDate 类中隔离开来。

      这里仅提供一个思路让大家参考,我就不实现了(因为我们有更好的方式 xD)。

      替代方案:multimethod 库

      这个库不是标准库之一,需要通过 pip 安装:

      pip install multimethod

      优势

      multimethod 采用的是多分派算法,能更好地满足更复杂的场景。此外,该库对 typing 中的类型也有不错的支持。

      更更好的实践方式

      回到上面的问题,我们可以这么改进:

      • 使用 multimethod 方法来替代 singledispatchmethod;

      • 使用 Tuple[int, int, int] 来替代 tuple,不再需要手动校验元组的长度和元素类型了;

      from datetime import date, datetime
      from typing import Tuple, Union
      from multimethod import multimethod
      class CustomDate:
          @multimethod
          def __init__(self, arg):
              raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
          @__init__.register
          def __from_timestamp(self, arg: Union[int, float]):
              self.__date = date.fromtimestamp(arg)
          @__init__.register
          def __from_tuple(self, arg: Tuple[int, int, int]):
              self.__date = date(*arg)
          @__init__.register
          def __from_isoformat(self, arg: str):
              self.__date = date.fromisoformat(arg)
          @__init__.register
          def __from_datetime(self, arg: datetime):
              self.__date = arg.date()
          @property
          def date(self):
              return self.__date

      究极好的实践方式(真正的方法重载)

      在此之前,先问大家一个简单的问题(这跟我们之后的内容有很大的联系):

      class A:
          def a(self):
              print(1)
          def a(self):
              print(2)
      A().a()

      以上这段代码会输出什么?还是会抛出错误?

      输出 2。

      在 Python 中,如果定义了重名的方法,最后一个方法是会覆盖掉之前的方法的。

      但你或许不知,我们可以通过元类(metaclass)来改变这一行为:

      class MetaA(type):
          class __prepare__(dict):
              def __init__(*args):
                  pass
              def __setitem__(self, key, value):
                  if self.get('a'):  # Line 7
                      super().__setitem__('b', value)  # Line 8
                  else:	
                      super().__setitem__(key, value)
      class A(metaclass=MetaA):
          def a(self):
              print(1)
          def a(self):
              print(2)
      A().a()  # => 1
      A().b()  # => 2  # Line 22

      在第 7 和第 8 行,我们将重名的 a 方法改名为 b,并在第 22 行成功地调用它了。

      multimethod 的维护者们很好地运用了这一点,对重名的方法进行了处理,以达到一种“特殊的效果”。

      回到正题,我们可以做出如下改进:

      • 将 multimethod.multidata 设置为 CustomDate 类的元类;

      • 将所有方法命名为 __init__。

      from datetime import date, datetime
      from typing import Tuple, Union
      from multimethod import multimeta
      class CustomDate(metaclass=multimeta):
          def __init__(self, arg: Union[int, float]):
              self.__date = date.fromtimestamp(arg)
          def __init__(self, arg: Tuple[int, int, int]):
              self.__date = date(*arg)
          def __init__(self, arg: str):
              self.__date = date.fromisoformat(arg)
          def __init__(self, arg: datetime):
              self.__date = arg.date()
          def __init__(self, arg):
              raise TypeError("could not create instance from " + type(arg).__name__)
          @property
          def date(self):
              return self.__date

      从效果上来看,这完全和静态语言的方法重载一模一样!

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