Python中如何重載isinstance繼承關系的問題

這篇文章主要介紹Python中如何重載isinstance繼承關系的問題，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

判斷繼承關系

通過內建方法 isinstance(object, classinfo) 可以判斷一個對象是否是某個類的實例。這個關系可以是直接，間接或抽象。

實例的檢查是允許重載的，可見文檔customizing-instance-and-subclass-checks 。根據 PEP 3119 的描述：

The primary mechanism proposed here is to allow overloading the built-in functions isinstance() and issubclass(). The overloading works as follows: The call isinstance(x, C) first checks whether C.__instancecheck__ exists, and if so, calls C.__instancecheck__(x) instead of its normal implementation.

這段話的意思是，當調用 isinstance(x, C) 進行檢測時，會優先檢查是否存在 C.__instancecheck__ ，如果存在則調用 C.__instancecheck__(x) ，返回的結果便是實例檢測的結果，默認的判斷方式就沒有了。

這種方式有助于我們來檢查鴨子類型，我用代碼測了一下。

class Sizeable(object):
  def __instancecheck__(cls, instance):
    print("__instancecheck__ call")
    return hasattr(instance, "__len__")

class B(object):
  pass

b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output:False

只打印了 False，并且 __instancecheck__ 沒有調用。 這是怎么回事。

沒有運行的 __instancecheck__

可見文檔寫得并不清楚，為了找出問題，我們從 isinstance 源碼開始進行跟蹤。

[abstract.c]
int
PyObject_IsInstance(PyObject *inst, PyObject *cls)
{
  _Py_IDENTIFIER(__instancecheck__);
  PyObject *checker;

  /* Quick test for an exact match */
  if (Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls)
    return 1;
  ....
}

Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls 這是一種快速匹配的方式，等價于 type(inst) is cls ，這種快速的方式匹配成功的話，也不會去檢查 __instancecheck__ 。所以文檔中的優先檢查是否存在 C.__instancecheck__ 有誤。繼續向下看源碼：

  /* We know what type's __instancecheck__ does. */
  if (PyType_CheckExact(cls)) {
    return recursive_isinstance(inst, cls);
  }

展開宏 PyType_CheckExact :

[object.h]
#define PyType_CheckExact(op) (Py_TYPE(op) == &PyType_Type)

也就是說 cls 是由 type 直接構造出來的類，則判斷語言成立。除了類聲明里指定 metaclass 外基本都是由 type 直接構造的。從測試代碼中得知判斷成立，進入 recursive_isinstance。但是這個函數里面我卻沒找到有關 __instancecheck__ 的代碼，recursive_isinstance 的判斷邏輯大致是:

def recursive_isinstance(inst, cls):
  return pyType_IsSubtype(inst, cls)

def pyType_IsSubtype(a, b):
  for mro in a.__mro__:
    if mro is b:
      return True
  return False

是從 __mro__ 繼承順序來判斷的。回到 PyObject_IsInstance 函數往下看：

if (PyTuple_Check(cls)) {
  ...
}

這是當 instance(x, C) 第二個參數是元組的情況，里面的處理方式是遞歸調用 PyObject_IsInstance(inst, item) 。繼續往下看：

checker = _PyObject_LookupSpecial(cls, &PyId___instancecheck__);
if (checker != NULL) {
  res = PyObject_CallFunctionObjArgs(checker, inst, NULL);
  ok = PyObject_IsTrue(res);
  return ok;
}

顯然，這邊才是獲得 __instancecheck__ 的地方，為了讓檢查流程走到這里，定義的類要指明 metaclass 。剩下就是跟蹤下 _PyObject_LookupSpecial 就可以了：

[typeobject.c]
PyObject *
_PyObject_LookupSpecial(PyObject *self, _Py_Identifier *attrid)
{
  PyObject *res;

  res = _PyType_LookupId(Py_TYPE(self), attrid);
  // 有回調的話處理回調
  // ...
  return res;
}

取的是 Py_TYPE(self) ，也就是說指定的 metaclass 里面需要定義 __instancecheck__ 。

總結

至此，總結一下要重載 isinstance(x, C) 行為的條件：

1. x 對象不能是由 C 直接實例化；

2. C 類指定 metaclass ；

3. 指定的 metaclass 類中定義了 __instancecheck__ 。

測試代碼：

class MetaSizeable(type):
  def __instancecheck__(cls, instance):
    print("__instancecheck__ call")
    return hasattr(instance, "__len__")

class Sizeable(metaclass=MetaSizeable):
  pass

class B(object):
  pass

b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output: False
print(isinstance([], Sizeable)) # output: True

文檔可能有點老舊了。本次測試的環境是Python3.6。

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