Python中的鸭子类型

今天，我们来聊一聊Python中的鸭子类型（duck typing）。

编程语言具有类型概念，例如Python中有数字类型、字符串类型、布尔类型，或者更加复杂的结构，例如元组tuple、列表list、集合set和字典类型dict等等。

根据如何将类型解析并赋值给各种构造（例如变量，表达式，函数，函数参数等），编程语言可以归类为“鸭子类型”，“结构化类型”或“标称类型”。

本质上，分类决定了对象如何被解析并推断为具体的类型。

鸭子测试

鸭子类型（duck typing）语言使用鸭子测试来评估对象是否可以被解析为特定的类型。Python就是其中一种。

这个概念的名字来源于由詹姆斯·惠特科姆·莱利提出的鸭子测试。“鸭子测试”可以这样表述：

“如果看起来像鸭子，叫起来像鸭子，那么它一定是鸭子。”

If it looks like a duck and quacks like a duck, it must be a duck.

James Whitcomb Riley

鸭子类型

鸭子类型在程序设计中是动态类型的一种风格。在这种风格中，一个对象有效的语义，不是由继承自特定的类或实现特定的接口，而是由"当前方法和属性的集合"决定。

在鸭子类型中，关注点在于对象的行为，能作什么；而不是关注对象所属的类型。例如，在不使用鸭子类型的语言中，我们可以编写一个函数，它接受一个类型为"鸭子"的对象，并调用它的"走"和"叫"方法。在使用鸭子类型的语言中，这样的一个函数可以接受一个任意类型的对象，并调用它的"走"和"叫"方法。如果这些需要被调用的方法不存在，那么将引发一个运行时错误。任何拥有这样的正确的"走"和"叫"方法的对象都可被函数接受的这种行为引出了以上表述，这种决定类型的方式因此得名。

鸭子类型通常得益于"不"测试方法和函数中参数的类型，而是依赖文档、清晰的代码和测试来确保正确使用。

在常规类型中，我们能否在一个特定场景中使用某个对象取决于这个对象的类型，而在鸭子类型中，则取决于这个对象是否具有某种属性或者方法——即只要具备特定的属性或方法，能通过鸭子测试，就可以使用。

Python术语

Python术语表中的鸭子类型duck-typing：

A programming style which does not look at an object’s type to determine if it has the right interface; instead, the method or attribute is simply called or used (“If it looks like a duck and quacks like a duck, it must be a duck.”) By emphasizing interfaces rather than specific types, well-designed code improves its flexibility by allowing polymorphic substitution. Duck-typing avoids tests using type() or isinstance(). (Note, however, that duck-typing can be complemented with abstract base classes.) Instead, it typically employs hasattr() tests or EAFP programming.

译文：

鸭子类型是一种编程风格，决定一个对象是否有正确的接口，关注点在于它的方法或属性，而不是它的类型(“如果它看起来像鸭子，像鸭子一样嘎嘎叫，那么它一定是鸭子。”)。通过强调接口而不是特定类型，设计良好的代码通过多态提高了灵活性。鸭子类型无需使用 type()或 isinstance() 进行检查(注意，鸭子类型可以用抽象基类来补充)，相反，它通常使用 hasattr()来检查，或是 EAFP 编程。

代码示例

举个例子：

# 定义一个计算函数，接收3个入参
def calculate(a, b, c):
    return (a + b) * c


# 分别计算3种情况的结果
result1 = calculate(1, 2, 3)
result2 = calculate([1, 2, 3], [4, 5, 6], 2)
result3 = calculate("打工人", "打工魂", 3)

# 打印3种结果
print(result1, result2, result3, sep='\n')

代码解释：在上面的例子中，我们每次调用calculate()都使用的是不同的对象（数字、列表和字符串），并且它们在继承关系中没有联系。只要输入对象支持+和*方法，操作就能成功。

执行后输出：

9
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 1, 2, 3, 4, 5, 6]
打工人打工魂打工人打工魂打工人打工魂

这样，鸭子类型在不使用继承的情况下使用了多态。

再举个栗子：

# 鸭子类
class Duck:

    def quack(self):
        print("这鸭子正在嘎嘎叫")

    def feathers(self):
        print("这鸭子拥有白色和灰色的羽毛")

# 人类
class Person:

    def quack(self):
        print("这人正在模仿鸭子")

    def feathers(self):
        print("这人在地上拿起1根羽毛然后给其他人看")


# 函数/接口
def in_the_forest(duck):
    duck.quack()
    duck.feathers()


if __name__ == '__main__':

    donald = Duck()  # 创建一个Duck类的实例
    john = Person()  # 创建一个Person类的实例

    in_the_forest(donald)  # 调用函数，传入Duck的实例
    in_the_forest(john)    # 调用函数，传入Person的实例

代码运行后输出：

这鸭子正在嘎嘎叫
这鸭子拥有白色和灰色的羽毛
这人正在模仿鸭子
这人在地上拿起1根羽毛然后给其他人看

总结

鸭子类型是一个与动态类型（dynamic typing）相关的概念，其中关注的是它定义的方法，而不太关注对象的类型或所属类。当您使用鸭子类型时，你无需做检查类型。相反，您要检查给定方法或属性是否存在。

鸭子类型语言为程序员提供了最大的灵活性，程序员只需写最少量的代码。但是这些语言可能并不安全，可能会产生运行时错误，使用时需要格外注意。

参考链接：

1. Python术语表：https://docs.python.org/3/glossary.html#term-duck-typing
2. 维基百科：https://zh.wikipedia.org/wiki/鸭子类型