Создание абстрактных классов и методов в Python: гид

Быстрый ответ

Определить абстрактный класс в Python возможно при помощи специализированного модуля abc и декоратора @abstractmethod. Принцип работы основан на наследовании от класса ABC и декорировании методов, что обязывает все производные классы реализовать указанные методы.

from abc import ABC, abstractmethod

class AbstractShape(ABC):
    
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

Создание экземпляра AbstractShape невозможно до реализации метода area.

Обзор механизма абстрактных классов

Абстрактные классы выполняют функцию шаблона при создании более специализированных классов, определяя перечень методов, которые необходимо реализовать в этих классах. При определении подклассов от AbstractShape, вы берете на себя обязанность реализации всех обязательных методов.

Использование ABC и ABCMeta

Класс ABC доступен начиная с версии Python 3.4 и упрощает работу с абстрактными классами:

from abc import ABC

class MyAbstractClass(ABC):
    pass

В версиях языка Python до 3.4 вместо этого следует использовать метакласс ABCMeta:

from abc import ABCMeta

class MyAbstractClass(metaclass=ABCMeta):
    pass

Обязательная реализация методов: декоратор @abstractmethod

Декоратор @abstractmethod используется для обозначения абстрактных методов. Подкласс считается независимым, только когда он реализует все абстрактные методы, что предотвращает неорганичное проектирование.

Абстрактные методы и свойства

Вы можете определять как методы, так и свойства в качестве абстрактных, используя соответствующие декоративные функции @abstractmethod и @property. Это помогает определить ориентиры для подклассов в реализации свойств класса.

Защита от незаконного создания экземпляров

Попытка создать экземпляр класса без реализации абстрактных методов вызывает исключение TypeError, что помогает предотвратить создание "недоделанных" экземпляров класса.

Использование исключения NotImplementedError

До введения модуля abc, при отсутствии реализации метода использовали операторы raise с исключением NotImplementedError. С появлением модуля abc структура абстракции стала более четкой и не требует подобного "грубого" приема.

Приверженность абстрактному мышлению

Разработчик, расширяющий абстрактный класс, обязан реализовать все абстрактные методы. Этот момент новички часто упускают из виду, что приводит к ошибкам при выполнении кода.

Сочетание с другими декораторами

Вместе с декоратором @abstractmethod можно использовать и другие декораторы, включая @staticmethod, @classmethod и @property, для более точной реализации свойств в классе.

Визуализация

Для наглядности можно сравнить абстрактные классы с постройкой дома:

🧱 Чертеж (Абстрактный Класс): Определяет **структуру** и **требуемые методы**
   👷 От вас требуется:
      – build_walls()    🧱🔨 (Абстрактный Метод)
      – install_doors()  🚪🔩 (Абстрактный Метод)
      – place_windows()  🪟🔧 (Абстрактный Метод)

В чистом каркасе жить невозможно!

🏗️ Строитель:
  – Наследует чертеж
  – Реализует требуемые **абстрактные методы**

Построив дом 🏠 по этим инструкциям, его уже можно использовать:

class MyHouse(AbstractBlueprint):
    def build_walls(self):
        print("Стены возвышаются!🧱✅")
    def install_doors(self):
        print("Двери установлены!🚪✅")
    def place_windows(self):
        print("Окна на месте!🪟✅")

Таким образом, абстрактные классы в Python служат фундаментом для более конкретных реализаций.

Понимание наследования и создания экземпляров

Наследование — сложный процесс. Должны быть осторожны при переопределении метода __new__, особенно при работе с инстанцированием подклассов.

Экземпляры с индивидуальной реализацией

Можно создавать классы-потомки абстрактного класса. Такие экземпляры обеспечивают универсальное поведение для объектов разных типов, но при этом поддерживают общий интерфейс абстрактного класса.

Предотвращение создания экземпляров базового класса

Чтобы предотвратить случайное создание экземпляра абстрактного базового класса, можно использовать проверку типа в методе __init__ и генерировать исключение при необходимости.

Рамки, задаваемые ABC

Абстрактные базовые классы (ABC) предоставляют необходимую среду для подклассов, сохраняя свободу в реализации. Они гарантируют выполнение методов и ожидаемое поведение подклассов.

Практическое значение абстрактных классов

Абстрактные классы облегчают масштабируемость архитектуры за счет чёткого контракта методов и интерфейсов. Этим они снижают вероятность ошибок и облегчают понимание кода.

Информативность ошибок

Одним из ключевых преимуществ абстрактных классов в Python является быстрое обнаружение ошибок и понятные сообщения о них. Это помогает быстро находить и исправлять ошибки подклассов при попытках их инстанцирования.

Полезные материалы

1. abc — Абстрактные базовые классы — документация Python 3.12.1 — официальное руководство по определению абстрактных базовых классов (ABC) на Python.
2. PEP 3119 – Введение абстрактных базовых классов — предложение, благодаря которому abc и концепция абстрактных классов появились в Python.
3. class – Можно ли в Python создавать абстрактные классы? – Stack Overflow — обсуждение возможности создания абстрактных классов на Python на ресурсе Stack Overflow.
4. Абстрактные классы в Python – GeeksforGeeks — практическое руководство по использованию абстрактных классов с примерами.
5. Понимание абстрактных базовых классов (ABC) и декоратора @abstractmethod в Python – Medium — статья по роли и использованию абстрактных базовых классов и механизма абстракции в Python.