Python新式类继承的C3算法

Posted 2020-08-03 BlackMatrix

在Python的新式类中，方法解析顺序并非是广度优先的算法，而是采用C3算法，只是在某些情况下，C3算法的结果恰巧符合广度优先算法的结果。

可以通过代码来验证下：

class NewStyleClassA(object):
    var = ‘New Style Class A‘


class NewStyleClassB(NewStyleClassA):
    pass


class NewStyleClassC(NewStyleClassA):
    var = ‘New Style Class C‘


class SubNewStyleClass(NewStyleClassB, NewStyleClassC):
    pass


if __name__ == ‘__main__‘:
    print(SubNewStyleClass.mro())
    print(SubNewStyleClass.var)

从第一段代码的运行结果来看，与广度优先的算法结果恰巧相同，但也只是恰巧相同，不等于就是广度优先的算法。

[<class ‘__main__.SubNewStyleClass‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassB‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassC‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassA‘>, <type ‘object‘>]
New Style Class C

通过对代码进行修改可以证实：

将NewStyleClassC改为继承自object

class NewStyleClassA(object):
    var = ‘New Style Class A‘


class NewStyleClassB(NewStyleClassA):
    pass


class NewStyleClassC(object):
    var = ‘New Style Class C‘


class SubNewStyleClass(NewStyleClassB, NewStyleClassC):
    pass


if __name__ == ‘__main__‘:
    print(SubNewStyleClass.mro())
    print(SubNewStyleClass.var)

运行代码输出结果

[<class ‘__main__.SubNewStyleClass‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassB‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassA‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassC‘>, <type ‘object‘>]
New Style Class A

从代码运行结果上看，并不符合广度优先的原则。

 

关于C3算法，在《Python高级编程》中是如此定义的：

取第一个列表的头，也就是L[B,object] ，如果这个头不在任何表的尾部，那么将它加到ClassD的线性化中，并且从合并中的列表里删除 ；否则查找下一个列表的头，如果是个好的表头则取出它。 需要注意的是： 表头指是第一个元素 ，尾部是指除表头之外的其它所有元素 。如[A,B,C,D,E,F],A是表头，[B,C,D,E,F]是尾部。

 

C3算法的本质就是Merge，不断地把mro()函数返回的序列进行Merge，规则如下：

1. 如果第一个序列的第一个元素，是其他序列的第一个元素，或者不再其他序列中再次出现，则将这个元素合并到最终的方法解析顺序序列中，并从当前操作的全部序列中删除。

2. 如果不符合，则跳过此元素，查找下一个列表的第一个元素，重复1的判断规则

 

使用第一段代码逐步进行方法解析：

1.先打印NewStyleClassB和NewStyleClassC的mro()，得到他们的继承顺序序列

[<class ‘__main__.NewStyleClassB‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassA‘>, <class ‘object‘>]
[<class ‘__main__.NewStyleClassC‘>, <class ‘object‘>]

2.根据C3算法逐步对继承顺序进行解析：

mro(SubNewStyleClass)
    = [SubNewStyleClass] + merge(mro(NewStyleClassB), mro(NewStyleClassC), [NewStyleClassB, NewStyleClassC])
    # 根据第一步的打印结果，可以得出
    = [SubNewStyleClass] + merge([NewStyleClassB, NewStyleClassA, object],  [NewStyleClassC, NewStyleClassA, object], [NewStyleClassB, NewStyleClassC])
    # 判断merge的当前序列第一个元素 NewStyleClassB, 在第三个序列中的第一个元素也存在，所以将其合并到最终序列并且删除：
    = [SubNewStyleClass, NewStyleClassB] + merge([NewStyleClassA, object],  [NewStyleClassC, NewStyleClassA, object], [NewStyleClassC])
    # 判断merge的当前序列第一个元素 NewStyleClassA，在第二个序列中存在，并且不为第二个序列的第一个元素，则跳过
    #  继续判断第二个序列中的第一个元素 NewStyleClassC，在第三个序列中存在，并且为第一个元素，所以将其合并到最终序列并且删除：
    = [SubNewStyleClass, NewStyleClassB, NewStyleClassC] + merge([NewStyleClassA, object], [NewStyleClassA, object])
    # 目前第一个序列的第一个元素是NewStyleClassA，所以再次对NewStyleClassA进行判断。
    # NewStyleClassA在第二个序列中存在，并且为第二个序列的第一个元素，所以将其合并到最终序列并且删除：
    = [SubNewStyleClass, NewStyleClassB, NewStyleClassC, NewStyleClassA] + merge([object], [object])
    # 最终object，在第二个序列中出现，并且为第一个元素，所以将其合并到最终的序列并且删除，得到最终的继承顺序：
    = [SubNewStyleClass, NewStyleClassB, NewStyleClassC, NewStyleClassA, object)

解析的结果和调用SubNewStyleClass.mro()方法打印出的结果是相同的：

[<class ‘__main__.SubNewStyleClass‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassB‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassC‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassA‘>, <class ‘object‘>]

 

使用第二段代码逐步进行方法解析：

1. 先打印NewStyleClassB和NewStyleClassC的mro()，得到他们的继承顺序序列

[<class ‘__main__.NewStyleClassB‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassA‘>, <class ‘object‘>]
[<class ‘__main__.NewStyleClassC‘>, <class ‘object‘>]

2. 根据C3算法逐步对继承顺序进行解析：

mro(SubNewStyleClass)
　　= [SubNewStyleClass] + merge(mro(NewStyleClassB), mro(NewStyleClassC), [NewStyleClassB, NewStyleClassC])
　　# 根据第一步的打印结果，可以得出
　　= [SubNewStyleClass] + merge([NewStyleClassB, NewStyleClassA, object],  [NewStyleClassC, object], [NewStyleClassB, NewStyleClassC])
　　# 判断merge的当前序列第一个元素 NewStyleClassB, 在第三个序列中的第一个元素也存在，所以将其合并到最终序列并且删除：
　　= [SubNewStyleClass, NewStyleClassB] + merge([NewStyleClassA, object],  [NewStyleClassC, object], [NewStyleClassC])
　　# 判断merge的当前序列第一个元素 NewStyleClassA，在后续的序列中都不存在，所以将其合并到最终的序列并且删除：
　　= [SubNewStyleClass, NewStyleClassB, NewStyleClassA] + merge([object], [NewStyleClassC, object], [NewStyleClassC])
　　# 判断merge的当前序列第一个元素 object，在第二个序列中出现，并且不是第一个元素，则跳过
　　# 跳过object后，继续判断下个序列的第一个元素，也就是第二个序列的第一个元素NewStyleClassC，在第三个序列中出现并且为第一个元素，所以将其合并到最终的序列并且删除：
　　= [SubNewStyleClass, NewStyleClassB, NewStyleClassA, NewStyleClassC] + merge([object], [object])
　　# 再次判断object，在第二个序列中出现，并且为第一个元素，所以将其合并到最终的序列并且删除，得到最终的继承顺序：
　　= [SubNewStyleClass, NewStyleClassB, NewStyleClassA, NewStyleClassC, object)

和调用SubNewStyleClass.mro()方法打印出的结果是相同的

[<class ‘__main__.SubNewStyleClass‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassB‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassA‘>, <class ‘__main__.NewStyleClassC‘>, <class ‘object‘>]