鴨子類型遇到類型提示：在 Python 中使用協議-Python教學-PHP中文網

鴨子類型遇到類型提示：在 Python 中使用協議

WBOY

發布： 2024-07-31 10:40:34

原創

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Duck Typing Meets Type Hints: Using Protocols in Python

Python 的動態特性和對鴨子類型的支持長期以來因其靈活性而受到稱讚。然而，隨著程式碼庫變得越來越大、越來越複雜，靜態類型檢查的好處變得越來越明顯。但是我們如何協調鴨子類型的靈活性和靜態類型檢查的安全性呢？進入Python的Protocol類別。

在本教程中，您將學習：

什麼是鴨子類型以及 Python 中如何支援它
鴨子打字的優點和缺點
抽象基底 (ABC) 如何嘗試解決打字問題
如何使用協議來獲得兩全其美的效果：透過靜態類型檢查實現鴨子類型靈活性

了解鴨子類型

鴨子類型是一種程式設計概念，其中物件的類型或類別不如它定義的方法重要。它基於這樣的想法：「如果它看起來像鴨子，像鴨子一樣游泳，像鴨子一樣嘎嘎叫，那麼它可能就是一隻鴨子。」

在 Python 中，完全支援鴨子類型。例如：

class Duck:
    def quack(self):
        print("Quack!")

class Person:
    def quack(self):
        print("I'm imitating a duck!")

def make_it_quack(thing):  # Note: No type hint here
    thing.quack()

duck = Duck()
person = Person()

make_it_quack(duck)    # Output: Quack!
make_it_quack(person)  # Output: I'm imitating a duck!

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在這個例子中，make_it_quack 不關心事物的類型。它只關心這個東西有一個江湖方法。請注意，thing 參數沒有類型提示，這在鴨子類型程式碼中很常見，但可能會導致較大程式碼庫中出現問題。

鴨子打字的優點和缺點

鴨子打字有幾個優點：

靈活性：它允許更靈活的程式碼，不依賴特定類型。
更輕鬆的程式碼重複使用：您可以在新上下文中使用現有的類別而無需修改。
強調行為：它專注於物件可以做什麼，而不是它是什麼。

但是，它也有一些缺點：

缺乏清晰度：可能不清楚物件需要實作哪些方法。
運行時錯誤：僅在運行時捕獲與類型相關的錯誤。
IDE 支援較少：IDE 很難提供準確的自動完成和錯誤檢查。

ABC 解決方案

解決這些問題的一種方法是使用抽象基底類別（ABC）。這是一個例子：

from abc import ABC, abstractmethod

class Quacker(ABC):
    @abstractmethod
    def quack(self):
        pass

class Duck(Quacker):
    def quack(self):
        print("Quack!")

class Person(Quacker):
    def quack(self):
        print("I'm imitating a duck!")

def make_it_quack(thing: Quacker):
    thing.quack()

duck = Duck()
person = Person()

make_it_quack(duck)
make_it_quack(person)

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雖然這種方法提供了更好的類型檢查和更清晰的接口，但它也有缺點：

它需要繼承，這可能會導致不靈活的層次結構。
它不適用於您無法修改的現有類別。
這違背了 Python 的「鴨子類型」哲學。

協議：兩全其美

Python 3.8引入了Protocol類，它允許我們定義介面而不需要繼承。以下是我們如何使用它：

from typing import Protocol

class Quacker(Protocol):
    def quack(self):...

class Duck:
    def quack(self):
        print("Quack!")

class Person:
    def quack(self):
        print("I'm imitating a duck!")

def make_it_quack(thing: Quacker):
    thing.quack()

duck = Duck()
person = Person()

make_it_quack(duck)
make_it_quack(person)

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讓我們來分解一下：

我們定義了一個Quacker協定來指定我們期望的介面。
我們的 Duck 和 Person 類別不需要繼承任何東西。
我們可以使用 make_it_quack 的類型提示來指定它需要 Quacker。

這個方法為我們帶來了幾個好處：

靜態類型檢查：IDE 和類型檢查器可以在運作前捕獲錯誤。
不需要繼承：現有的類別只要有正確的方法就可以工作。
清晰的介面：協定明確定義了期望的方法。

這是一個更複雜的範例，展示了協議如何根據需要（形狀）變得複雜，同時保持域類（圓形、矩形）平坦：

from typing import Protocol, List

class Drawable(Protocol):
    def draw(self): ...

class Resizable(Protocol):
    def resize(self, factor: float): ...

class Shape(Drawable, Resizable, Protocol):
    pass

def process_shapes(shapes: List[Shape]):
    for shape in shapes:
        shape.draw()
        shape.resize(2.0)

# Example usage
class Circle:
    def draw(self):
        print("Drawing a circle")

    def resize(self, factor: float):
        print(f"Resizing circle by factor {factor}")

class Rectangle:
    def draw(self):
        print("Drawing a rectangle")

    def resize(self, factor: float):
        print(f"Resizing rectangle by factor {factor}")

# This works with any class that has draw and resize methods,
# regardless of its actual type or inheritance
shapes: List[Shape] = [Circle(), Rectangle()]
process_shapes(shapes)

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在此範例中，Circle 和 Rectangle 不繼承自 Shape 或任何其他類別。他們只是實現所需的方法（繪製和調整大小）。由於 Shape 協議，process_shapes 函數可以與任何具有這些方法的物件一起使用。