多重繼承與 Mixin
April 29, 2022Python 可以進行多重繼承，也就是一次繼承兩個父類別的程式碼定義，父類別之間使用逗號作為區隔。
多重繼承
多個父類別繼承下來的方法名稱沒有衝突時，是最單純的情況，例如：
>>> class P1:
... def mth1(self):
... print('mth1')
...
>>> class P2:
... def mth2(self):
... print('mth2')
...
>>> class S(P1, P2):
... pass
...
>>> s = S()
>>> s.mth1()
mth1
>>> s.mth2()
mth2
>>>
如果繼承時多個父類別中有相同的方法名稱，就要注意搜尋的順序，基本上是從子類別開始尋找名稱，接著是同一階層父類別由左至右搜尋，再至更上層同一階層父類別由左至右搜尋，直到達到頂層為止。例如：
>>> class P1:
... def mth(self):
... print('P1 mth')
...
>>> class P2:
... def mth(self):
... print('P2 mth')
...
>>> class S1(P1, P2):
... pass
...
>>> class S2(P2, P1):
... pass
...
>>> s1 = S1()
>>> s2 = S2()
>>> s1.mth()
P1 mth
>>> s2.mth()
P2 mth
>>>
在上面的例子中，S1 繼承父類別的順序是 P1、P2，而 S2 是 P2、P1，因此在尋找 mth 方法時，S1 實例使用的是 P1 繼承而來方法，而 S2 使用的是 P2 繼承而來的方法。
具體來說，一個子類別在尋找指定的屬性或方法名稱時，會依據類別的 __mro__ 屬性的元素順序尋找（MRO 全名是Method Resolution Order），如果想知道直接父類別的話，可以透過類別的 __bases__ 來得知。
>>> S1.__mro__
(<class '__main__.S1'>, <class '__main__.P1'>, <class '__main__.P2'>, <class 'object'>)
>>> S1.__bases__
(<class '__main__.P1'>, <class '__main__.P2'>)
>>> S2.__mro__
(<class '__main__.S2'>, <class '__main__.P2'>, <class '__main__.P1'>, <class 'object'>)
>>> S2.__bases__
(<class '__main__.P2'>, <class '__main__.P1'>)
>>>
__mro__ 屬性的清單，也可以透過類別的 mro 方法來取得：
>>> S1.mro()
[<class '__main__.S1'>, <class '__main__.P1'>, <class '__main__.P2'>, <class 'object'>]
>>> S2.mro()
[<class '__main__.S2'>, <class '__main__.P2'>, <class '__main__.P1'>, <class 'object'>]
>>>
__mro__ 是唯讀屬性；雖然不建議，不過可以改變 __bases__ 來改變直接父類別，從而令 __mro__ 的內容也跟著變動。
Mixin
多重繼承的能力，通常建議只用來實現 Mixin，也就是抽離可重用流程，必要時混入另一個類別。
來考慮一個 Ball 類別，其中定義了一些比較大小的方法：
class Ball:
def __init__(self, radius):
self.radius = radius
def __eq__(self, other):
return hasattr(other, 'radius') and self.radius == other.radius
def __gt__(self, other):
return hasattr(other, 'radius') and self.radius > other.radius
def __ge__(self, other):
return self > other or self == other
def __lt__(self, other):
return not (self > other and self == other)
def __le__(self, other):
return (not self >= other) or self == other
def __ne__(self, other):
return not self == other
在上面看到的 __lt__、__le__、__eq__、__ne__、__gt__、__ge__ 等方法，定義了物件之間使用 <、<=、==、!=、>、>= 等比較時，應該要有的比較結果。
事實上「比較」這件任務，許多物件都會用的到，仔細觀察以上的程式碼，會發現一些可重用的方法，可以將之抽離出來：
from abc import ABC, abstractmethod
class Ordering(ABC):
@abstractmethod
def __eq__(self, other):
...
@abstractmethod
def __gt__(self, other):
...
def __ge__(self, other):
return self > other or self == other
def __lt__(self, other):
return not (self > other and self == other)
def __le__(self, other):
return (not self >= other) or self == other
def __ne__(self, other):
return not self == other
像 Ordering 這樣的類別，是一個抽象基礎類別，不會定義屬性，也不會有 __init__ 定義。
由於實際的物件 == 以及 > 的行為，必須依不同物件而有不同實作，在 Ordering 中不定義，必須由子類別繼承後實作，為了避免開發者在繼承後忘了實作必要的方法，使用了 @abstractmethod 標註。
至於 __ge__、__lt__、__le__、__ne__ 方法，只是從方才的 Ball 類別中抽取出來的可重用實作。
有了 Ordering 類別後，若有物件需要比較的行為，只要繼承 Ordering 並實作 __eq__ 與 __gt__ 方法。例如，方才的 Ball 類別現在只需如下撰寫：
class Ball(Ordering):
def __init__(self, radius: int) -> None:
self.radius = radius
def __eq__(self, other):
return hasattr(other, 'radius') and self.radius == other.radius
def __gt__(self, other):
return hasattr(other, 'radius') and self.radius > other.radius
b1 = Ball(10)
b2 = Ball(20)
print(b1 > b2)
print(b1 <= b2)
print(b1 == b2)
在繼承了 Ordering 之後，Ball 類別只需要實作 __eq__ 與 __gt__ 方法，就能具有比較的行為。
由於 Python 可以多重繼承，在必要時，可以同時混入多個類別，針對必要的方法進行實作，就可以擁有多個類別已定義的可重用實作。
rich comparison 方法
如果你想實作方才的比較功能，其實不用自行實現全部的方法，__lt__、__le__、__eq__、__ne__、__gt__、__ge__ 等方法，其實是 object 類別就定義了的方法，在定義類別時，若沒有指定父類別，就是繼承 object 類別，也就繼承了 __lt__ 等方法，因此方才的例子，你是重新定義了這組被稱為 rich comparison 的方法。
並不是每個物件，都要定義整組比較方法，然而，若真的需要定義這整組方法的行為，可以使用 functools.total_ordering。例如：
from functools import total_ordering
@total_ordering
class Ball:
def __init__(self, radius: int) -> None:
self.radius = radius
def __eq__(self, other):
return hasattr(other, 'radius') and self.radius == other.radius
def __gt__(self, other):
return hasattr(other, 'radius') and self.radius > other.radius
b1 = Ball(10)
b2 = Ball(20)
print(b1 > b2)
print(b1 <= b2)
print(b1 == b2)
當一個類別被標註了 @total_ordering 時，必須實作 __eq__ 方法，並選擇 __lt__、__le__、__gt__、__ge__ 其中一個方法實作，這樣就可以擁有整組的比較方法了，其背後基本的原理在於，只要定義了 __eq__ 以及 __lt__、__le__、__gt__、__ge__ 其中一個方法，假設是 __gt__ 的話，那麼剩下的 __ne__、__lt__、__le__、__ge__ 就可以各自呼叫這兩個方法來完成比較的行為。
