看到一篇不错的 Python 抽象基类的文章，遂摘录。

更详细的关于抽象基类的内容，请参考 Python 文档：abc – 抽象基类

原始文章：接口与抽象基类（知乎）

前言

抽象基类(abstract base class, ABC)，提到这个概念应该会马上联想到面向对象、继承。作为继承的一种，它拥有继承中代码共享、提高代码的重用性等优点。例如下面示例：

class Animal(object):
    def eat(self, kind):
        print("{} eat food....".format(kind))
​
class Dog(Animal):
    pass
​
class Cat(Animal):
    pass
    
dog = Dog()
cat = Cat()
dog.eat("dog")
cat.eat("cat")
​
# 输出
# >dog eat food....
# >cat eat food....

 

狗(Dog)和猫(Cat)都属于动物(Animal)，它们有很多类似的属性和动作，我们可以在父类中实现这些方法，在子类中直接继承或者重载父类中的方法，这样减少了代码的重复性，提高了代码的共享能力。

作为继承的一种，抽象基类有用继承的上述这些优点，但是它与普通继承也有不同之处：

• 抽象基类不能实例化
• 子类需要实现基类指定的抽象方法

看到这里应该会意识到，抽象基类有一种接口的感觉，没错，抽象基类的出现主要是功能就是类似于 Java 等编程语言中的接口。但是需要明确一点，Python 语言中没有 interface 这个概念，只是这是一种约定俗成的编程规范，就如同 Python 也没有真实意义上的私有变量，我们在编程中可以规范的使用下划线来表示某个变量为私有变量。

尽管 Python 中没有接口这个关键字，但是抽象基类实现的功能主要围绕接口在展开，因此，首先类比 Java 来阐述一下编程语言中接口的概念，然后介绍一下 Python 中如何实现抽象基类。

接口

接口(Interface)是对象公开方法的一种集合，在 Java 中通常以 interface 关键字来定义，接口虽然实现过程中和类相似，但是却具有不同的概念。具体而言，类与接口主要有以下几点不同之处：

• 类实现了对象的属性和方法，而接口指定了使用该接口需要实现哪些方法
• 类可以实例化，而接口不可以被实例化
• 类中的方法可以是实现，接口中的方法都是抽象方法

抽象方法：抽象方法的概念是父类中只负责声明该方法，但不具体实现这个方法，实现部分由继承该类的子类负责实现。

如果觉得上述描述有点云里雾里、对接口的概念依然不是非常清楚，不妨来试想一个场景：当你开发一个项目或者服务，你需要给上下游的组件提供接口，让别人来调用你的程序接口(Application Programming Interface, API)，上下游组件该怎么样才能达到想要的目的和你的组件无缝衔接？需要通过按照你接口中规定的抽象方法来实现，例如，你提供一个访问网络请求的接口，你不会去实现 host、username、password 的注册和发送请求，这些需要调用的用户去实现，你只需要规定：“调用者必须实现指定方法才能实现调用”即可。

抽象基类

虽然Python中抽象基类和接口概念非常相近，但是它们还是有一些不同之处，例如，

• 接口需要被实现的子类完成接口中指定的所有方法，而抽象基类不是，抽象基类则没有这么严格的要求
• 接口需要所有方法都是抽象方法，而抽象基类中有抽象方法，也有自己实现的方法
• 正是因为抽象基类和接口的不同之处使得接口之所以称为接口、抽象基类之所以称为抽象基类。

为什么使用抽象基类？

前面铺垫了这么多，话说回来，为什么需要抽象基类？

存在的既是合理的，抽象基类的存在自然有它的价值。当你学会一种编程语言的语法时，你可以轻松地完成一项功能的开发，但是如果希望把代码完成得更加优美高效，那么就需要在设计模式等方面下一些功夫，抽象基类就是其中的一个选择，抽象基类具有以下优点：

• 处理继承问题方面更加规范、系统
• 明确调用之间的相互关系
• 使得继承层次更加清晰
• 限定子类实现的方法

什么是抽象基类？

前面已经介绍了很多有关接口的概念，抽象基类和接口有很多相似之处，例如需要包含抽象方法，不能被实例化，如果更加确切的定义抽象基类：必须包含一个抽象函数(纯虚函数)，它是一个不完整的类，它有已经被实现的方法，也有需要子类重写的方法。

抽象基类使用场景

一项功能只有具有应用场景才能体现出它的价值，如果仅仅是为了看上去高逼格，那么倒不如使用最简单的条件、循环语句，没必要花里胡哨，让代码变得难以维护、晦涩难懂。

抽象基类首先它具备普通继承的功能，因此，在代码可以共用，或者需要获取额外属性的时候可以考虑使用抽象基类，例如，狗、猫、牛、羊这些动物有很多共有的属性和方法，我们可以通过实现一个基类，让每个特定的对象来继承它，这样不仅可以实现多态，还可以提高代码的复用能力。

当然，上述说的这些场景都偏重于普通继承的优势，而抽象基类的特别之处更加偏向于接口的特点，因此，它的使用场景和接口也有很多相通之处，例如我们开发一个系统，下面有若干个组件，每个组件都需要按照指定的规范来实现特定的方法，这时候我可以发挥抽象基类的限定功能的优势。

下面就结合这个场景来介绍 Python 中抽象基类的实现方法。

Python 抽象基类

场景介绍

假如我们现在实现了一个数据中台的开发，我们对外提供一个接口让不同组件通过这个接口进行访问数据库，来读取数据，我们给数据接口主要有3个功能：

• 登录数据库
• 读取数据
• 执行 SQL 语句

可以想象，登录数据库这个功能在不同组件之间可以共用，不同组件只需要提供 host、user、passwd 即可，至于读取数据这是每个组件都必须单独实现的，可以声明为抽象方法，执行 SQL 语句也是每个子类需要实现的，可以声明为抽象的静态方法。

实现

Python 标准库中有一个模块 abc 可以实现抽象基类和抽象方法，它们的实现方式如下：

• 抽象基类：通过继承 abc 模块中的 ABC 类来实现抽象基类。
• 抽象方法：通过装饰器的方法来调用 abc 模块中 abstractmethod 方法来注解抽象基类的方法。

abstractmethod注解除了可以实现抽象方法外，还可以注解类方法(@classmethod)、静态方法(@staticmethod)、属性(@property)。

下面就先实现抽象基类：

from abc import ABC
from abc import abstractmethod
​
​
class Database(ABC):
    def register(self, host, user, password):
        print("Host : {}".format(host))
        print("User : {}".format(user))
        print("Password : {}".format(password))
        print("Register Success!")
​
    @abstractmethod
    def query(self, *args):
        """
        传入查询数据的SQL语句并执行
        """
​
    @staticmethod
    @abstractmethod
    def execute(sql_string):
        """
        执行SQL语句
        """

 

从抽象基类 Database 的实现可以看出，它共包含3个方法，其中 register 是每个子类都需要的，直接实现在抽象基类里，是一个普通的类方法。query 和 execute 只是在基类中进行类声明，给出了描述，但并没有实现，它限定了继承 Database 的子类必须实现这两个方法。

下面就来实现两个组件(子类)：

class Component1(Database):
    def __init__(self, host, user, password):
        self.register(host, user, password)
​
    @staticmethod
    def execute(sql_string):
        print(sql_string)
​
    def query(self, *args):
        sql_string = "SELECT ID FROM db_name"
        self.execute(sql_string)
​
​
class Component2(Database):
    def __init__(self, host, user, password):
        self.register(host, user, password)
​
    @staticmethod
    def execute(sql_string):
        print(sql_string)
​
    def query(self, *args):
        sql_string = "SELECT NAME FROM db_name"
        self.execute(sql_string)
​
comp1 = Component1("00.00.00.00", "abc", "000000")
comp2 = Component2("11.11.11.11", "ABC", "111111")
comp1.query()
comp2.query()
​
# 输出结果
# >Host : 00.00.00.00
# >User : abc
# >Password : 000000
# >Register Success!
# >Host : 11.11.11.11
# >User : ABC
# >Password : 111111
# >Register Success!
# >SELECT ID FROM db_name
# >SELECT NAME FROM db_name

 

上述是通过 Python 标准库中 abc 模块实现了抽象基类，其实在 Python 的 collections 中也实现了抽象基类，numbers 中也定义了有关数字对象的抽象基类，可见，抽象基类在 Python 中占据着至关重要的地位。

完整代码

本文所涉及的完整代码可以查看 github 项目 advance-python，也可以直接访问下方链接：

https://github.com/Jackpopc/advance-python/blob/master/5-abstract%20.ipynb

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摘录于2022.2.7，原始链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/89549054