python中的MRO与多继承
相关概念:
MRO:Method Resolution Order,即方法解析顺序,是python中用于处理二义性问题的算法
二义性:
python支持多继承,多继承的语言往往会遇到以下两类二义性的问题:
- 有两个基类A和B,A和B都定义了方法f(),C继承A和B,那么调用C的f()方法时会出现不确定。
- 有一个基类A,定义了方法f(),B类和C类继承了A类(的f()方法),D类继承了B和C类,那么出现一个问题,D不知道应该继承B的f()方法还是C的f()方法。
C++也是支持多继承的语言之一
- 对于问题1,C++中通过同名覆盖的方式来解决,子类方法和属性会优先调用,如果要在子类中访问被屏蔽的基类成员,应使用基类名来限定(BaseClassName::Func())。
- 对于问题2,C++中通过虚继承来解决,以virtual关键字修饰共同的直接基类,从而保证不会产生多个基类副本产生歧义。
python中通过C3算法很好的避免了以上两类二义性的情况。
深度优先算法(DFS,Depth-First-Search)
- 把根节点压入栈中。
- 每次从栈中弹出一个元素,搜索所有在它下一级的元素,把这些元素压入栈中。并把这个元素记为它下一级元素的前驱。
- 找到所要找的元素时结束程序。
- 如果遍历整个树还没有找到,结束程序。
广度优先算法(BFS,Breadth-First-Search)
- 把根节点放到队列的末尾。
- 每次从队列的头部取出一个元素,查看这个元素所有的下一级元素,把它们放到队列的末尾。并把这个元素记为它下一级元素的前驱。
- 找到所要找的元素时结束程序。
- 如果遍历整个树还没有找到,结束程序。
拓扑排序:
对一个有向无环图(Directed Acyclic Graph简称DAG)G进行拓扑排序,是将G中所有顶点排成一个线性序列,使得图中任意一对顶点u和v,若边(u,v)∈E(G),则u在线性序列中出现在v之前。通常,这样的线性序列称为满足拓扑排序(TopologicalOrder)的序列,简称拓扑序列。
拓扑排序的实现步骤:
循环执行以下两步,直到不存在入度为0的顶点为止
- 选择一个入度为0的顶点并输出之;
- 从网中删除此顶点及所有出边。
python中调用父类方法的两种方式:
class A(object): def __init__(self): self.name = "A: name" print "A:__init__" def fun(self): print "A:fun" class B(A): def __init__(self): print "B:__init__" A.__init__(self) # 使用类名直接调用 super(B, self).__init__() # 使用super关键字调用 def fun(self): print "B:fun" A.fun(self) super(B, self).fun() print self.name |
对于单继承来说,上面这两种方式并无本质上的区别,但是当出现多继承的时候,super得到的基类就不一定是我们“认为”的基类了,我们看下面这个例子:
class A(object): def __init__(self): print "enter A" print "leave A" class B(object): def __init__(self): print "enter B" print "leave B" class C(A): def __init__(self): print "enter C" super(C, self).__init__() print "leave C" class D(A): def __init__(self): print "enter D" super(D, self).__init__() print "leave D" class E(B, C): def __init__(self): print "enter E" B.__init__(self) C.__init__(self) print "leave E" class F(E, D): def __init__(self): print "enter F" E.__init__(self) D.__init__(self) print "leave F" f = F() |
输出结果:
enter F
enter E
enter B
leave B
enter C
enter D
enter A
leave A
leave D
leave C
leave E
enter D
enter A
leave A
leave D
leave F
类的继承关系如下所示:
object
| \
| A
| / |
B C D
\ / |
E |
\ |
F
我们的本意是希望调用构造函数的时候,对于基类的构造方法也进行调用,但是实际结果发现,A和D的构造函数被调用了2次,而且奇怪的是,当调用super(C, self).__init__()的时候,竟然进入D的构造函数,这也是为什么D的构造函数被调用了两次(一次是F调用的,一次是C调用的)!从继承关系上看,C的基类应该是A才对。这就要引出下面要解释的,python中的C3方法。不过针对上面这个例子,修改的思路很简单,要么全部使用类名来调用基类方法,要么全部使用super()来调用,不要混用!
C3算法的演变历史:
经典类(python 2.2之前):
在python 2.2之前,python中使用经典类(classicclass),经典类是一种没有继承的类,所有类型都是type类型,如果经典类作为父类,子类调用父类构造函数会报错。当时用作MRO的算法是DFS(深度优先),下面的例子是当时使用DFS算法的示例(向右是基类方向):
- 正常的继承方式:
A->B->D
A->C->E
DFS的遍历顺序为:A->B->D->C->E
这种情况下,不会产生问题。
- 菱形的继承方式
A->B->D
A->C->D
DFS的遍历顺序为:A->B->D->C
对于这种情况,如果公共父类D中也定义了f(),C中重写了方法f(),那么C中的f()方法永远也访问不到,因为按照遍历的顺序始终先发现D中的f()方法,导致子类无法重写基类方法。
新式类(python2.2):
在python2.2开始,为了使类的内置类型更加统一,引入了新式类(new-style class),新式类每个类都继承自一个基类,默认继承自object,子类可以调用基类的构造函数。由于所有类都有一个公共的祖先类object,所以新式类不能使用DFS作为MRO。在当时有两种MRO并存:
如果是经典类,MRO使用DFS
如果是新式类,MRO使用BFS
针对新式类的BFS示例如下(向右是基类方向):
- 正常继承方式:
A->B->D
A->C->E
BFS的遍历顺序为:A->B->C->D->E
D是B的唯一基类,但是遍历时却先遍历节点C,这种情况下应该先从唯一基类进行查找,这个原则称为单调性。
- 菱形的继承方式
A->B->D
A->C->D
BFS的遍历顺序为:A->B->C->D
BFS解决了前面提到的子类无法重写基类方法的问题。
经典类和新式类并存(python2.3-python2.7),C3算法产生:
由于DFS和BFS针对经典类和新式类都有缺陷,从python2.3开始,引入了C3算法。针对前面两个例子,C3算法的遍历顺序如下:
- 正常继承方式:
A->B->D
A->C->E
C3的遍历顺序为:A->B->D->C->E
- 菱形的继承方式
A->B->D
A->C->D
C3的遍历顺序为:A->B->C->D
看起来是DFS和BFS的综合,但是并非如此,下面的例子说明了C3算法的具体实现:
从前面拓扑排序的定义可知,将有向无环图进行拓扑排序后,按照得到的拓扑序列遍历即可满足单调性,原因是由根到叶即是子类到基类的方向,当基类的入度为0是,它就是子类的唯一基类,此时会优先遍历此基类,符合单调性。而子类无法重写方法的问题也可以得到解决,因为当多个子类继承自同一个基类时,该基类的入度不会先于子类减为0,所以可以保证优先遍历入度减为0的子类。
结合下面这张图的例子来说明C3算法的执行步骤(图中箭头由子类指向父类):
首先找入度为0的点,只有A,把A取出,把A相关的边去掉,再找下一个入度为0的点,B和C满足条件,从左侧开始取,取出B,这时顺序是AB,然后去掉B相关的边,这时候入度为0的点有E和C,依然取左边的E,这时候顺序为ABE,接着去掉E相关的边,这时只有一个点入度为0,那就是C,取C,顺序为ABEC。去掉C的边得到两个入度为0的点D和F,取出D,顺序为ABECD,然后去掉D相关的边,那么下一个入度为0的就是F,然后是object。所以最后的排序就为ABECDFobject。
了解了C3算法,我们前面那个混用的例子中调用super(C,self).__init__()会去调用D构造函数的原因也就显而易见了。
在python中提供了__mro__内置属性来查看类的MRO,例如:
class D(object): pass class E(object): pass class F(object): pass class C(D, F): pass class B(E, D): pass class A(B, C): pass print A.__mro__ #输出:(<class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.E'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.F'>, <type 'object'>) |
参考链接:
二义性:http://baike.baidu.com/link?url=chZ4pXPmkAFI3nLMSi3LdIWV3iP7lOoHTcxkRnI3AgebLSFllRJH_WnGkGwVYvdQ2czM35DBLixOWI1IS8fL0XVZbKhBl-u5IBaCjfPgCaFjtI6SgK-RIlN3CteSYlC1
C++ 二义性问题:http://blog.csdn.net/whz_zb/article/details/6843298
C++中常见的两种二义性问题及其解决方式:http://www.cnblogs.com/heimianshusheng/p/4836282.html
Python中Class类用法实例分析:http://www.jb51.net/article/74743.htm
广度优先算法:http://baike.baidu.com/link?url=Jpp4QfrvgYlZEmfDAtFWyku1V77IKM0XZj8NjFUsCElWApCeA3sWIY61_Z-fS4PEUgirnOVBnPESxhgO3tEjNwYabJ684m-cjj7caIbdAEoEL7FoYexv7YQ0_AZIsUVMkgCQrZywDyAPwTcpV1RhJ_
深度优先算法:http://baike.baidu.com/item/%E6%B7%B1%E5%BA%A6%E4%BC%98%E5%85%88%E7%AE%97%E6%B3%95
拓扑排序:http://baike.baidu.com/link?url=Ccrwv5pGeErmtnscpAMfDA6gp0c8GlT1jIaMD2HfyBSb9CaSXq96nYB_zXGJqbymLfWSkiJMgGHoRvOnuxjeAt0KwC72Lc79Y1GVFU7I5u0t6E-aquE9rqRvCBeWC1xv
拓扑排序的原理及其实现:http://blog.csdn.net/dm_vincent/article/details/7714519
python多继承详解:http://www.pythontab.com/html/2013/pythonhexinbiancheng_0828/550.html
你真的理解Python中MRO算法吗:http://python.jobbole.com/85685/
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