淺談Python中重載isinstance繼承關係的問題

這篇文章主要介紹了關於淺談Python中重載isinstance繼承關係的問題，有著一定的參考價值，現在分享給大家，有需要的朋友可以參考一下

判斷繼承關係

透過內建方法isinstance(object, classinfo) 可以判斷一個物件是否是某個類別的實例。這個關係可以是直接，間接或抽象。

實例的檢查是允許重載的，可見文件customizing-instance-and-subclass-checks 。根據PEP 3119 的描述：

The primary mechanism proposed here is to allow overloading the built-in functions isinstance() and issubclass(). The overloading works as follows: Theinstance() and issubclass(). The overloading works as follows: The call is ) first checks whether C.__instancecheck__ exists, and if so, calls C.__instancecheck__(x) instead of its normal implementation.

這段話的意思是，當調用isinstance(x , C) 進行偵測時，會優先檢查是否存在C.__instancecheck__ ，如果存在則呼叫C.__instancecheck__(x) ，傳回的結果是實例偵測的結果，預設的判斷方式就沒有了。

這種方式有助於我們來檢查鴨子類型，我用程式碼測了一下。

class Sizeable(object):
  def __instancecheck__(cls, instance):
    print("__instancecheck__ call")
    return hasattr(instance, "__len__")

class B(object):
  pass

b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output:False

只列印了 False，且 __instancecheck__ 沒有呼叫。這是怎麼回事。

沒有執行的 __instancecheck__

可見文件寫得併不清楚，為了找出問題，我們從 isinstance 原始碼開始進行追蹤。

[abstract.c]
int
PyObject_IsInstance(PyObject *inst, PyObject *cls)
{
  _Py_IDENTIFIER(__instancecheck__);
  PyObject *checker;

  /* Quick test for an exact match */
  if (Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls)
    return 1;
  ....
}

Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls 這是快速匹配的方式，等價於type(inst) is cls ，這種快速的方式來搭配成功的話，也不會去檢查__instancecheck__ 。所以文件中的優先檢查是否有 C.__instancecheck__ 有誤。繼續向下看原始碼：

  /* We know what type's __instancecheck__ does. */
  if (PyType_CheckExact(cls)) {
    return recursive_isinstance(inst, cls);
  }

展開巨集PyType_CheckExact :

##

[object.h]
#define PyType_CheckExact(op) (Py_TYPE(op) == &PyType_Type)

#也就是說cls 是由type 直接建構出來的類，則判斷語言成立。除了類別宣告裡指定 metaclass 外基本上都是由 type 直接建構的。從測試程式碼得知判斷成立，進入 recursive_isinstance。但這個函數裡面我卻找不到 __instancecheck__ 的程式碼，recursive_isinstance 的判斷邏輯大致上是:

def recursive_isinstance(inst, cls):
  return pyType_IsSubtype(inst, cls)

def pyType_IsSubtype(a, b):
  for mro in a.__mro__:
    if mro is b:
      return True
  return False

是從 __mro__ 繼承順序來判斷的。回到PyObject_IsInstance 函式往下看：

if (PyTuple_Check(cls)) {
  ...
}

#這是當instance(x, C) 第二個參數是元組的情況，裡面的處理方式是遞歸呼叫PyObject_IsInstance(inst, item) 。繼續往下看：

checker = _PyObject_LookupSpecial(cls, &PyId___instancecheck__);
if (checker != NULL) {
  res = PyObject_CallFunctionObjArgs(checker, inst, NULL);
  ok = PyObject_IsTrue(res);
  return ok;
}

顯然，這邊才是獲得__instancecheck__ 的地方，為了讓檢查流程走到這裡，定義的類別要指明metaclass 。剩下就是追蹤下 _PyObject_LookupSpecial 就可以了：

[typeobject.c]
PyObject *
_PyObject_LookupSpecial(PyObject *self, _Py_Identifier *attrid)
{
  PyObject *res;

  res = _PyType_LookupId(Py_TYPE(self), attrid);
  // 有回调的话处理回调
  // ...
  return res;
}

取的是 Py_TYPE(self) ，也就是說指定的 metaclass 裡面需要定義 __instancecheck__ 。

總結

至此，請總結一下要重載isinstance(x, C) 行為的條件：

1. x 物件不能是由C 直接實例化；

##C 類別指定metaclass ;
指定的metaclass 類別中定義了__instancecheck__ 。
測試程式碼：

class MetaSizeable(type):
  def __instancecheck__(cls, instance):
    print("__instancecheck__ call")
    return hasattr(instance, "__len__")

class Sizeable(metaclass=MetaSizeable):
  pass

class B(object):
  pass

b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output: False
print(isinstance([], Sizeable)) # output: True

#文件可能有點老舊了。本次測試的環境是Python3.6。

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