python鸭子类型与protocol

背景

1. 大部分学python的朋友，可能都知道听说过鸭子类型。其实类型，就是那种会发出嘎嘎叫的类型，就叫类型（bushi，开玩笑的）
2. 大部分学python的朋友，可能也都知道python也有所谓的静态类型检测。
3. 那么 protocol和鸭子类型和类型检测到底是什么关系，这里我们来介绍一下。

详细介绍

类型检测

在写python的时候，大部分人可能是这么写的：

def cal_sum(x, y):
    res = x + y
    return res 

# use function 
value = cal_sum(1,2)

那么如果加上静态类型检测，应该是这么写的：

def cal_sum(x:int, y:int) -> int:
    res = x + y
    return res 

# use function 
value = cal_sum(1,2)

可以看到，在函数里面的两个参数x,y，已经函数输出后面，都加上int符号，表示函数接受的、输出的都是int类型的。

这也就是一个非常简单的案例，其实在真的大型的项目里面，静态类型可能要比这更加复杂。

虽然写起来复杂了，但是在大型项目里面，结合编辑器IDE的提醒，可以让我们写代码更加丝滑。

鸭子类型

在介绍之前，想问问大家，大家觉得什么什么，可以叫耳机？

1. 可以发出声音的。
2. 可以连接手机、电脑的。
3. 可以戴在头上或者挂在耳朵上的。

好像只要满足上面几点，我们就可以判断这个东西是耳机了。

那么什么叫鸭子类型呢？很简单，就是那些发出嘎嘎嘎叫的小动物，就是鸭子。

说白了，就是我们从功能上定义，只要一个东西，符合某一功能的需求、或者说有对应的行为，那么就可以被判断为一个类型。

在百科上是这么说的：
“鸭子类型”的语言是这么推断的：一只鸟走起来像鸭子、游起泳来像鸭子、叫起来也像鸭子，那它就可以被当做鸭子。也就是说，它不关注对象的类型，而是关注对象具有的行为(方法)

1. https://www.baike.com/wikiid/7643131612637675304?prd=mobile&view_id=qc73h8mqgxc00

protocol

protocol 也可以叫协议，在python3.8开始引入的。可以叫它为static duck typing（静态的鸭子类型）

用起来，也就是和抽象类abc差不多的。说起来挺乏力的，我们这里用一个例子来说。

案例

我们现在有一个案例：

1. 创建一个基础类

我们要创建一个飞人的类型。这个飞人类型将会在我们的未来世界中发挥关键的作用。

from typing import Protocol # line 1


class Flyer(Protocol): # line 2
    def fly(self) -> None: # line 3
        """
        A flyer can fly
        """
        ...   # line 4

1. line 1表示：我们要从typing里面导出Protocol这个东西。
2. line 2表示：我们要基于Protocol创建一个类，这个类叫Flyer。
3. line 3表示：定义了一个“行为”，叫fly。
4. line 4表示：...用来表示省略，也就是说：你到底怎么实现，不在乎，就用这个来替代就行了。

2. 创建超人

在我们未来的世界中，其实有很多超人，比如有会飞的超人，也有会跑的超人。

class FlyingHero: 
    """
    This hero can fly. 
    """
    def fly(self): # line 1
        ...

    def run(self) ->None:
        ...


class RunningHero:
    """
    This hero can run. 
    """
    def run(self): # line 2
        ...

1. 注意在FlyingHero里面，也就是在line 1那里，我们给这个超人定义了fly功能。
2. 在RunningHero里面，也就是在line 2哪里，这个超人，只能跑。没有fly哦。

3. 定义世界

在这里，我们定义一个世界。

class World:
    """An word that doesn't do anything."""

    def make_fly(self, obj:Flyer) -> None: # line 1
        return obj.fly()

1. 在上面的line 1那一行，我们把obj设置为Flyer类型。
2. 这其实就是告诉python、也告诉了现代编辑器IDE，这一行要求的对象，必须符合Flyer标准。

那么也都猜出来了，下面代码其实line 1运行其实是没问题的，但是line 2是有问题的.

def main()-> None:
    world= World()
    world.make_fly(FlyingHero()) # line 1
    world.make_fly(RunningHero())  # line 2


if __name__ =='__main__':
    main()

上面编辑器使用的是vscode，内置的插件Pylance提醒：RunningHero()的类型不符合obj要求的Flyer类型。

4. 发现

1. 你仔细看代码，发现，FlyingHero()都没有基于Flyer类做继承，但是竟然通过了类型检查。
2. 只是因为实现了相同的功能罢了：也就是都实现了Fly功能（或者叫行为）。

5. 进一步的

问一问自己，难道我使用继承不行么？

使用继承也可以解决这种类型检查的问题。

问的好，但是这个已经有答案了。

可以这么回答：

1. 使用abc做一个抽象虚拟类，然后继承，当然也可以做到。但是使用protocol就不需要再做什么继承了。代码变简单了。
2. 在使用第三方的包的时候，不需要再去考虑如何对第三方的一些类做继承，因为使用protocol知识只是检查行为是否相同，而不看别的内容。只要行为（或者叫methods）相同，那就通过类型检查。更简洁。

阅读更多

本来面向对象就已经够复杂了，还以为继承就是面向对象的一个非常牛的设计模式，结果现在有人对我说不用继承就可以实现类似的功能，我就很糊涂了。

那么如果你对继承真的非常熟悉，可以看看这个大哥的回答：

https://www.zhihu.com/question/547885140/answer/2625580341

这个大哥基于一个游戏设计的案例，介绍了在面向对象的时候，使用继承有多麻烦。

大致原因就是：本来使用继承就是为了方便复用，但是现实是不断的修改父类，导致子类在使用的过程中，会出现很多莫名其妙的情况。在这过程中，继承带来的优点就会被淹没。

其实我在学习的rust的时候，发现rust在做oop的时候，就是基于基础的数据结构和若干的方法组合在一起的。当时没感觉出来，但是后面看了越来越多的代码之后，恍然大悟。