Python 中的方法解析順序（Method Resolution Order, MRO）定義了多繼承存在時(shí) Python 解釋器查找函數(shù)解析的正確方式。當(dāng) Python 版本從 2.2 發(fā)展到 2.3 再到現(xiàn)在的 Python 3，MRO算法也隨之發(fā)生了相應(yīng)的變化。這種變化在很多時(shí)候影響了我們使用不同版本 Python 編程的過(guò)程。

什么是 MRO

MRO 全稱(chēng)方法解析順序（Method Resolution Order）。它定義了 Python 中多繼承存在的情況下，解釋器查找函數(shù)解析的具體順序。什么是函數(shù)解析順序？我們首先用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明。請(qǐng)仔細(xì)看下面代碼：

class A():
    def who_am_i(self):
        print("I am A")
        
class B(A):
    pass
        
class C(A):
    def who_am_i(self):
        print("I am C")

class D(B,C):
    pass
    
d = D()

如果我問(wèn)在 Python 2 中使用 D 的實(shí)例調(diào)用 d.who_am_i()，究竟執(zhí)行的是 A 中的 who_am_i() 還是 C 中的 who_am_i()，我想百分之九十以上的人都會(huì)不假思索地回答：肯定是 C 中的 who_am_i()，因?yàn)?C 是 D 的直接父類(lèi)。然而，如果你把代碼用 Python 2 運(yùn)行一下就可以看到 d.who_am_i() 打印的是 I am A。

是不是覺(jué)得很混亂很奇怪？感到奇怪就對(duì)了！?。?/p>

這個(gè)例子充分展示了 MRO 的作用：決定基類(lèi)中的函數(shù)到底應(yīng)該以什么樣的順序調(diào)用父類(lèi)中的函數(shù)?？梢悦鞔_地說(shuō)，Python 發(fā)展到現(xiàn)在，MRO 算法已經(jīng)不是一個(gè)憑借著執(zhí)行結(jié)果就能猜出來(lái)的算法了。如果沒(méi)有深入到 MRO 算法的細(xì)節(jié)，稍微復(fù)雜一點(diǎn)的繼承關(guān)系和方法調(diào)用都能徹底繞暈?zāi)恪?/p>

New-style Class vs. Old-style Class

在介紹不同版本的 MRO 算法之前，我們有必要簡(jiǎn)單地回顧一下 Python 中類(lèi)定義方式的發(fā)展歷史。盡管在 Python 3 中已經(jīng)廢除了老式的類(lèi)定義方式和 MRO 算法，但對(duì)于仍然廣泛使用的 Python 2 來(lái)說(shuō)，不同的類(lèi)定義方式與 MRO 算法之間具有緊密的聯(lián)系。了解這一點(diǎn)將幫助我們從 Python 2 向 Python 3 遷移時(shí)不會(huì)出現(xiàn)莫名其妙的錯(cuò)誤。

在 Python 2.1 及以前，我們定義一個(gè)類(lèi)的時(shí)候往往是這個(gè)樣子（我們把這種類(lèi)稱(chēng)為 old-style class)：

class A:
    def __init__(self):
        pass

Python 2.2 引入了新的模型對(duì)象（new-style class），其建議新的類(lèi)型通過(guò)如下方式定義：

class A(object):
    def __init__(self):
        pass

注意后一種定義方式顯示注明類(lèi) A 繼承自 object。Python 2.3 及后續(xù)版本為了保持向下兼容，同時(shí)提供以上兩種類(lèi)定義用以區(qū)分 old-style class 和 new-style class。Python 3 則完全廢棄了 old-style class 的概念，不論你通過(guò)以上哪種方式書(shū)寫(xiě)代碼，Python 3 都將明確認(rèn)為類(lèi) A 繼承自 object。這里我們只是引入 old-style 和 new-style 的概念，如果你對(duì)他們的區(qū)別感興趣，可以自行看 stackoverflow 上有關(guān)該問(wèn)題的解釋。

理解 old-style class 的 MRO

我們使用前文中的類(lèi)繼承關(guān)系來(lái)介紹 Python 2 中針對(duì) old-style class 的 MRO 算法。如果你在前面執(zhí)行過(guò)那段代碼，你可以看到調(diào)用 d.who_am_i() 打印的應(yīng)該是 I am A。為什么 Python 2 的解釋器在確定 D 中的函數(shù)調(diào)用時(shí)要先搜索 A 而不是先搜索 D 的直接父類(lèi) C 呢？

這是由于 Python 2 對(duì)于 old-style class 使用了非常簡(jiǎn)單的基于深度優(yōu)先遍歷的 MRO 算法（關(guān)于深度優(yōu)先遍歷，我想大家肯定都不陌生）。當(dāng)一個(gè)類(lèi)繼承自多個(gè)類(lèi)時(shí)，Python 2 按照從左到右的順序深度遍歷類(lèi)的繼承圖，從而確定類(lèi)中函數(shù)的調(diào)用順序。這個(gè)過(guò)程具體如下：

• 檢查當(dāng)前的類(lèi)里面是否有該函數(shù)，如果有則直接調(diào)用。
• 檢查當(dāng)前類(lèi)的第一個(gè)父類(lèi)里面是否有該函數(shù)，如果沒(méi)有則檢查父類(lèi)的第一個(gè)父類(lèi)是否有該函數(shù)，以此遞歸深度遍歷。
• 如果沒(méi)有則回溯一層，檢查下一個(gè)父類(lèi)里面是否有該函數(shù)并按照 2 中的方式遞歸。

上面的過(guò)程與標(biāo)準(zhǔn)的深度優(yōu)先遍歷只有一點(diǎn)細(xì)微的差別：步驟 2 總是按照繼承列表中類(lèi)的先后順序來(lái)選擇分支的遍歷順序。具體來(lái)說(shuō)，類(lèi) D 的繼承列表中類(lèi)順序?yàn)?B, C，因此，類(lèi) D 按照先遍歷 B 分支再遍歷 C 分支的順序來(lái)確定 MRO。

我們繼續(xù)用第一個(gè)例子中的函數(shù)繼承圖來(lái)說(shuō)明這個(gè)過(guò)程：

按照上述深度遞歸的方式，函數(shù) d.who_am_i() 調(diào)用的搜索順序是 D, B, A, C, A。由于一個(gè)類(lèi)不能兩次出現(xiàn)，因此在搜索路徑中去除掉重復(fù)出現(xiàn)的 A，得到最終的方法解析順序是 D, B, A, C。這樣一來(lái)你就明白了為什么 d.who_am_i() 打印的是 I am A 了。

在 Python 2 中，我們可以通過(guò)如下方式來(lái)查看 old-style class 的 MRO：

>>> import inspect
>>> inspect.getmro(D)

理解 new-style class 的 MRO

從上面的結(jié)果可以看到，使用深度優(yōu)先遍歷的查找算法并不合理。因此，Python 3 以及 Python 2 針對(duì) new-style class 采用了新的 MRO 算法。如果你使用 Python 3 重新運(yùn)行一遍上述腳本，你就可以看到函數(shù) d.who_am_i() 的打印結(jié)果是 I am C。

>>> d.who_am_i()
I am C
>>> D.__mro__
(<class 'test.D'>, <class 'test.B'>, <class 'test.C'>, <class 'test.A'>, <class 'object'>)

新算法與基于深度遍歷的算法類(lèi)似，但是不同在于新算法會(huì)對(duì)深度優(yōu)先遍歷得到的搜索路徑進(jìn)行額外的檢查。其從左到右掃描得到的搜索路徑，對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)解釋器都會(huì)判斷該節(jié)點(diǎn)是不是好的節(jié)點(diǎn)。如果不是好的節(jié)點(diǎn)，那么將其從當(dāng)前的搜索路徑中移除。

那么問(wèn)題在于，什么是一個(gè)好的節(jié)點(diǎn)？我們說(shuō) N 是一個(gè)好的節(jié)點(diǎn)當(dāng)且僅當(dāng)搜索路徑中 N 之后的節(jié)點(diǎn)都不繼承自 N。我們還以上述的類(lèi)繼承圖為例，按照深度優(yōu)先遍歷得到類(lèi) D 中函數(shù)的搜索路徑 D, B, A, C, A。之后 Python 解釋器從左向右檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)第三個(gè)節(jié)點(diǎn) A 不是一個(gè)好的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)?A 之后的節(jié)點(diǎn) C 繼承自 A。因此其將 A 從搜索路徑中移除，然后得到最后的調(diào)用順序 D, B, C, A。

采用上述算法，D 中的函數(shù)調(diào)用將優(yōu)先查找其直接父類(lèi) B 和 C 中的相應(yīng)函數(shù)。

C3線(xiàn)性化算法

上一小結(jié)我們從直觀(guān)上概述了針對(duì) new-style class 的 MRO 算法過(guò)程。事實(shí)上這個(gè)算法有一個(gè)明確的名字 C3 linearization。下面我們給出其形式化的計(jì)算過(guò)程。

上面的過(guò)程看起來(lái)好像很復(fù)雜，我們用一個(gè)例子來(lái)具體執(zhí)行一下，你就會(huì)覺(jué)得其實(shí)還是挺簡(jiǎn)單的。假設(shè)我們有如下的一個(gè)類(lèi)繼承關(guān)系：

class X():
    def who_am_i(self):
        print("I am a X")
        
class Y():
    def who_am_i(self):
        print("I am a Y")
        
class A(X, Y):
    def who_am_i(self):
        print("I am a A")
        
class B(Y, X):
     def who_am_i(self):
         print("I am a B")
         
class F(A, B):
    def who_am_i(self):
        print("I am a F")

Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 17, in <module>
    class F(A, B):
TypeError: Cannot create a consistent method resolution
order (MRO) for bases X, Y

參考文獻(xiàn) Python Tutorial: Understanding Python MRO - Class search path The Python 2.3 Method Resolution Order C3 linearization

到此這篇關(guān)于C3 線(xiàn)性化算法與 MRO之Python中的多繼承的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python多繼承內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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