本文为大家介绍Python一些内建的抽象基类。
collections.abc模块在Python 3.3版本中正式出现在collections模块下，它包含了Python中基础的容器类型的抽象基类的定义。collections.abc中的抽象基类是Python最常用到的ABC，它们也为我们定义了每种容器的核心含义。利用collections.abc，我们可以在一些场景中，通过“白鹅类型”检查接口是否满足条件。
首先，collections.abc中大部分抽象基类都定义了__subclasshook__方法来自定义子类检查方式。该方法会检查子类中是否实现了本抽象基类中核心的方法，正如我们上篇文章最后的例子一样。下面给出了在Python 3.7中collections.abc所定义的抽象基类列表：
["Awaitable", "Coroutine",
"AsyncIterable", "AsyncIterator", "AsyncGenerator",
"Hashable", "Iterable", "Iterator", "Generator", "Reversible",
"Sized", "Container", "Callable", "Collection",
"Set", "MutableSet",
"Mapping", "MutableMapping",
"MappingView", "KeysView", "ItemsView", "ValuesView",
"Sequence", "MutableSequence",
"ByteString",
]我们选取其中某些ABC来介绍。了解这些ABC的实现，会让我们发现许多Python中有趣的东西。
可哈希的对象，要求子类必须定义__hash__方法。我们之前接触过很多次了。两个对象相同的必要条件是哈希值相同，这是Hashable子类应当严格遵守的协议。
Iterable指可迭代的，要求子类必须定义__iter__方法，而Iterator指迭代器，要求子类必须定义__iter__和__next__方法，它是Iterable的子类。
关于可迭代的和迭代器我们在早期中曾经详细的为大家介绍过基本概念，总结起来是：**具有__iter__方法的对象是可迭代的，而同时具有__iter__和__next__方法的对象是迭代器。**这样定义的依据就藏在collections.abc的这两个抽象基类中。这两个ABCs是collections.abc中比较重要的，因为绝大多数的容器类型都可以迭代。
Sized要求具有__len__方法，而Container要求具有__contains__方法。这两个抽象基类，加上Iterable，是容器类型最基本的要求，也就是说，一个类要想成为容器，必须具备的是__len__，__contains__和__iter__三个方法，请看容器的定义：
Collection的定义很直白，它直接继承自Sized，Container和Iterable，除此之外自身没有定义其他抽象方法：
from collections.abc import *
class Collection(Sized, Iterable, Container):
__slots__ = ()
@classmethod
def __subclasshook__(cls, C):
'Check __len__, __contains__ and __iter__'而从容器向下再划分，就有了我们熟悉的诸如Sequence，集合Set等等。本文重点为大家介绍集合的抽象。
集合Set是个比较有意思的抽象基类，它继承自Collection，定义了不可变集合（MutableSet定义了可变集合）。除了Collection所具有的三个特殊方法，它没有定义其他的抽象方法。也就是说，具有__len__，__contains__和__iter__三个方法的类，在形式上已经满足了Set的接口。有趣的地方在于，具有上述三个方法的类，判断是否是Set的子类并不会返回True：
from collections.abc import *
class SubCollection(Collection): pass
print(issubclass(SubCollection, Collection))
# True
print(issubclass(SubCollection, Set))
# False原因在于，在Set中（包括MutableSet）并没有定义__subclasshook__方法。为什么这样呢？是因为Set除了具有容器特性之外，还具有数学中集合的特性，亦即它的元素必须是不重复的。由于并没有某个特殊方法实现这一特性，因而对于Set的子类校验，Python留给了子类的实现者去完成了。
另一个有趣的点在于，Set抽象基类中包含了许多集合操作的方法的实现，例如交并补或是集合关系运算等等。**很重要的一点在于，这些实现都是基于数学中对于集合的严格定义来完成的，不论集合中存储的元素是怎样的，或是集合本身是以怎样的形式存在的，这些运算操作都是恒定的。**所以，Set可以方便地以混入（mixin）的方式，让其他的类具有集合的数学运算属性。所谓混入，即某个类提供了一些独立的特性，这样它可以被其他类继承来融入这些特性，更重要的是它不会影响子类的任何东西。
第三点，Set中有一个类方法_from_iterable。当我们在做集合运算时，例如交并补，需要生成一个新的集合。然而，我们自定义的类在实例化时可能会接收各种参数，所以直接通过类本身创建新的Set实例有时并不会正常工作。所以Set提供了类方法_from_iterable，用于我们通过一个可迭代对象创建一个Set。当我们自定义的类混入了Set时，如果我们的__init__参数并非创建集合所需的参数时，我们就需要改写_from_iterable方法来自定义Set的创建方式。Set中定义的操作会自动调用该类方法创建新的Set对象。
上面的叙述有些复杂，请看一个纸牌的例子。一副纸牌去掉大小王后有52张不重复的牌组成，很适合作为一个Set出现：
from collections.abc import *
import itertools
class Suit:
def __init__(self):
self.suits = ['♠', '♥', '♦', '♣']
class Deck(Suit, Set): # 这里Set就作为Mixin
def __init__(self, faces):
super().__init__()
self.faces = faces
# 实际上这里我们应当保证deck没有重复元素
self.deck = [''.join(x) for x in itertools.product(self.suits, self.faces)]
def __iter__(self):
return iter(self.deck) # 这里很重要，要保证对象从deck属性迭代
def __len__(self):
return len(self.deck)
def __contains__(self, item):
return item in self.deck
@classmethod
def _from_iterable(cls, deck):
# 这里的处理方式仅为说明
return cls(set(map(lambda item: item[1], deck)))
def __str__(self): # 这个方法不是必须的，只是为了显示方便
return ' '.join(self.deck)
face1 = ['A', '2', '3', '4',
'5', '6', '7', '8',
'9', '10', 'J', 'Q', 'K']
face2 = ['J', 'Q', 'K']
d1 = Deck(face1)
d2 = Deck(face2)
print(d2)
# ♠J ♠Q ♠K ♥J ♥Q ♥K ♦J ♦Q ♦K ♣J ♣Q ♣K
intersection = d1 & d2
print(intersection)
# ♠Q ♠K ♠J ♥Q ♥K ♥J ♦Q ♦K ♦J ♣Q ♣K ♣J
print(isinstance(intersection, Deck))
# True看到这里，大家一定有疑惑，一定要继承抽象基类吗？自己实现一个集合，或是继承自内建的set不可以吗？
若自己实现集合，那么就必须自己实现一套集合的操作，这是非常繁琐的。那么继承自set呢？有两点问题，一是set并不可以mixin的模式进入继承队列，继承它就需要显式调用它的初始化方法并传递一个可迭代对象，在使用多重继承时要格外小心；二是集合运算的结果是set类型，而不是我们自定义的类型：
class Deck(Suit, set): # 继承顺序必须如此，因为set并没有使用super
def __init__(self, faces):
self.faces = faces
self.deck = [''.join(x) for x in itertools.product(self.suits, self.faces)]
Suit.__init__(self)
set.__init__(self, self.deck) # 没有Mixin模式的多重继承
...
face1 = ['A', '2', '3', '4',
'5', '6', '7', '8',
'9', '10', 'J', 'Q', 'K']
face2 = ['A', '2', '3', '4']
d1 = Deck(face1)
d2 = Deck(face2)
intersection = d1 & d2
print(intersection)
# {'♠2', '♠4', '♥2', '♣3', '♦A', '♦3', '♥4', '♦2', '♥3', '♣A', '♥A', '♠3', '♠A', '♣2', '♦4', '♣4'}
print(isinstance(intersection, Deck))
# False所以，如果我们确信只是在set的基础上增加一点小的扩展，可以继承set，否则，我们应当混入collections.abc.Set。
MutableSet直接继承自Set，相比于Set增加了add，discard抽象方法来允许集合进行变化。此外，MutableSet还实现了remove，pop和clear等方法，可以直接调用。当然，前提是add和discard都被实现了。
内建的set类型被注册为MutableSet抽象，而frozenset则被注册为Set抽象：
from collections.abc import *
print(issubclass(set, MutableSet))
# True
print(issubclass(frozenset, Set))
# True