方法解析顺序 / MRO (Method Resolution Order)


关于方法解析顺序(MRO)的详细内容可以参考文末链接,这里主要对 MRO 进行简要的总结说明以及一些练习示例。

经典类和新式类的 MRO


经典类

描述: 一种不能继承的类,如果经典类为父类,其子类调用父类的构造函数时会报错。且不具备 __mro__ 属性。

MRO: Deepth First Search (DFS) / 深度优先搜索

新式类

描述: 新式类是一种为了解决经典类中只能继承不能重写的问题而引入的,新式类默认继承自 object,且子类可以调用父类构造函数,在 Python 之后均为新式类。

MRO: C3算法

下面的代码以 Python2.7 和 Python3.4 分别运行将产生不一样的结果,这是由于在 Python3 中默认使用了新式类,因此采用了 C3 搜索,而 Python2 中默认为经典类,采用 DFS 搜索,因此产生了不同,若将 A 的基类指定为 object 则输出将变为相同。

 """
A
/\
/ \
B C
\ /
\/
D
"""
from distutils.log import warn as printf class A:
def __init__(self):
pass def show(self):
printf("This is A") class B(A): pass class C(A):
def show(self):
printf("This is C") class D(B, C): pass d = D()
d.show()
# Python2 --> This is A
# Python3 --> This is C

DFS / BFS / C3


主要以正常继承和菱形继承为例分别说明三种算法的缺陷和优势。

DFS深度优先搜索

利用深度优先搜索,对于正常继承可以很好的完成搜索,但当出现菱形继承时,则会出现搜索的缺陷,在菱形继承中 MRO 的顺序为 ABDC,若此时 C 重写了 D 的方法,可由于继承顺序的问题,将导致优先搜索到 D 的方法,也就是说,C 的重写无效的,C 对于 D 只能继承,不能重写。

BFS广度优先搜索

广度优先搜索则恰好和深度优先搜索相反,在菱形继承中能够很好的完成搜索,而在普通搜索中却出现了一定缺陷,普通搜索的顺序为ABCDE,但这却违反了单调性原则,即B和C是两个互不相关的父类,在B搜索结束后应该优先搜索D而非C。

C3算法

基于上述的两种算法缺陷,Python2.3之后的新式类中MRO全都采用了C3算法,这种算法解决了DFS的只能继承无法重写的问题和BFS的单调性问题。

Merge List公式


C3 算法的继承模式主要采用了 merge list 公式,首先假设类的线性化 MRO 记为 L[C]=[C1, C2, C3],则称 C1 为 L[C] 的头,其余为尾。若 C 继承自 B1,B2…,则可以根据以下公式计算出 L[C],

L[object] = [object]
L[C(B1…BN)] = [C] + merge(L[B1]…L[BN], [B1]…[BN])

整个计算公式的关键在于 merge,输入为一组列表,输出为一个列表,输出方式为,

1. 检查第一个列表的头元素(如 L[B1] 的头),记为 H;

2. 若 H 未出现在其他列表的尾部,则输出该元素,并删除所有列表中的 H,然后重复步骤 1。若 H 出现在其他列表的尾部,则取下一个列表的头部继续步骤。

3. 重复步骤直至列表为空,则算法结束,若列表不为空且无法输出元素,则说明无法构建继承关系,此时抛出异常。

下面分别举例来构建一个异常的继承关系和正常的继承进行对比,

异常继承

 """
________
/ \
X Y |
\ /\ /
\/ \ /
A B
\ /
\/
C
""" class X(object): pass class Y(object): pass class A(X, Y): pass class B(Y, X): pass class C(A, B): pass print(C.__mro__)

这段代码最终会报错,

Traceback (most recent call last):
File "C:\Users\EKELIKE\Documents\Python Note\3_Program_Structure\3.3_Class\mro_c3_error.py", line 21, in <module>
class C(A, B): pass
TypeError: Cannot create a consistent method resolution
order (MRO) for bases X, Y

原因在于 merge 公式计算到最后无法输出参数,即构建继承失败,计算过程如下,

C3 Algothrim Calculation:
L[object] = [object]
L[X] = [X] + merge(L[object]) = [X, object]
L[Y] = [Y] + merge(L[object]) = [Y, object]
L[A] = [A] + merge(L[X], L[Y], [X], [Y]) = [A, X, Y, object]
L[B] = [B] + merge(L[Y], L[X], [Y], [X]) = [B, Y, X, object]
L[C] = [C] + merge(L[A], L[B], [A], [B])
= [C] + merge([A, X, Y, object], [B, Y, X, object], [A], [B])
= [C, A, B] + merge([X, Y, object], [Y, X, objcet])
--> Raise Error

正常继承

下面给出几个正常继承的示例及其代码,

 # C3 MRO
# ----------------------
"""
Object
/ | \
/ | \
X _ Y Z
\ \/ /
\ /\ /
A B
\/
C
""" class X(object): pass class Y(object): pass class Z(object): pass class A(X, Y): pass class B(X, Z): pass class C(A, B): pass print(C.__mro__)
# ----------------------
 # ----------------------
"""
Object
/ | \
/ | \
D E F
\ / \ /
\ / \/
J K
\ /
L
""" class D(object): pass class E(object): pass class F(object): pass class J(D, E): pass class K(E, F): pass class L(J, K): pass print(L.__mro__)

其中第二种继承的MRO计算公式如下,

C3 Algorithm Calculation:
L[object] = [object]
L[D] = [D] + merge(L[object]) = [D, object]
L[E] = [E] + merge(L[object]) = [E, object]
L[F] = [F] + merge(L[object]) = [F, object]
L[J] = [J] + merge(L[D], L[E], [D], [E]) = [J, D, E, object]
L[K] = [K] + merge(L[E], L[F], [E], [F]) = [K, E, F, object]
L[L] = [L] + merge(L[J], L[K], [J], [K])
= [L, J] + merge([D, E, object], [K, E, F, object], [K])
= [L, J, D] + merge([E, object], [K, E, F, object], [K])
= [L, J, D, K] + merge([E, object], [E, F, object])
= [L, J, D, K, E] + merge([object], [F, object])
= [L, J, D, K, E, F] + merge([object], [object])
= [L, J, D, K, E, F, object]

查看MRO


当然,在使用时我们不必要每次都对类继承顺序进行计算,在 Python 中可以使用以下两种方式来查看一个类的 MRO。

 import inspect

 # Diamond inherit
class A: pass class B(A): pass class C(A): pass class D(B, C): pass print(inspect.getmro(D))
print(D.__mro__)

最终得到输出的结果如下,这一结果即是通过 MRO C3 算法进行计算得出的。

(<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>)
(<class '__main__.D'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>)

参考链接


http://ju.outofmemory.cn/entry/137896

http://blog.csdn.net/lis_12/article/details/52859376

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