在 Python 中，抽象基类 (ABC) 是一类不能直接实例化并且旨在被子类继承的类。ABC 作为其他类的蓝图，通过提供一个所有子类都必须实现的通用接口来发挥作用。
它们是 Python 面向对象编程的一个基础部分，使开发者能够定义和强制实现一组相关类的一致 API。
抽象基类的目的
下面是对 Python 中抽象基类目的和功能的一个深入探讨：
定义标准接口
抽象基类 (ABC) 允许我们定义其他类的蓝图。这个蓝图确保了任何从抽象基类 (ABC) 继承的类实现了某些方法，从而提供了一个一致的接口。
以下是定义标准接口的抽象基类的 Python 示例代码：
from abc import ABC, abstractmethod
class Shape(ABC):
@abstractmethod
def area(self):
pass
@abstractmethod
def perimeter(self):
pass
强制实现
当一个类继承自抽象基类 (ABC)，它必须实现所有的抽象方法。如果它没有实现这些方法，Python 将会抛出一个 TypeError。下面是强制实现抽象基类的一个 Python 示例：
class Rectangle(Shape):
def __init__(self, width, height):
self.width = width
self.height = height
def area(self):
return self.width * self.height
def perimeter(self):
return 2 * (self.width + self.height)
rect = Rectangle(5, 10)
class IncompleteShape(Shape):
pass
提供未来发展的模板
在大型项目中，抽象基类 (ABC) 非常有用，在这些项目中可能有多个开发者在代码库的不同部分工作。它们为开发者提供了一个清晰的模板，确保了一致性并减少了错误。
促进多态性
抽象基类 (ABC) 通过启用可以与不同类的对象一起工作的代码开发来使多态性成为可能，前提是这些类遵循特定的接口。这种能力简化了代码的扩展和维护。
以下是抽象基类促进多态性的 Python 示例：
def print_shape_info(shape: Shape):
print(f"Area: {shape.area()}")
print(f"Perimeter: {shape.perimeter()}")
square = Rectangle(4, 4)
print_shape_info(square)
注意：执行上述示例代码需要定义标准接口和强制实现。
抽象基类的组件
Python 中的抽象基类 (ABCs) 包含几个关键组件，使它们能够定义和强制实现子类的接口。
这些组件包括 ABC 类、abstractmethod 装饰器和其他帮助创建和管理抽象基类的部分。以下是抽象基类的关键组件：
-
ABC 类：这个类来自 Python 的抽象基类模块，作为创建抽象基类的基础。任何从 ABC 派生的类都被认为是一个抽象基类。
-
abstractmethod 装饰器：这个装饰器来自 abc 模块，用于声明抽象方法。这些方法在 ABC 中没有实现，并且必须在派生类中重写。
-
ABCMeta 元类：这是 ABC 使用的元类。它负责跟踪哪些方法是抽象的，并确保如果没有实现抽象方法，则不能创建抽象基类的实例。
-
ABC 中的具体方法：抽象基类也可以定义具体方法，这些方法提供了默认实现。这些方法可以被子类使用或重写。
-
实例化限制：抽象基类的一个关键特征是，如果它们有任何抽象方法则不能直接实例化。尝试实例化具有未实现抽象方法的 ABC 将会引发
TypeError。
-
子类验证：抽象基类 (ABCs) 可以使用
issubclass 函数验证给定类是否为子类，并且可以使用 isinstance 函数检查实例。
Python 中抽象基类的示例
下面的示例展示了 ABC 如何强制方法实现，支持多态性，并为相关类提供清晰且一致的接口：
from abc import ABC, abstractmethod
class Shape(ABC):
@abstractmethod
def area(self):
pass
@abstractmethod
def perimeter(self):
pass
def description(self):
return "I am a shape."
class Rectangle(Shape):
def __init__(self, width, height):
self.width = width
self.height = height
def area(self):
return self.width * self.height
def perimeter(self):
return 2 * (self.width + self.height)
class Circle(Shape):
def __init__(self, radius):
self.radius = radius
def area(self):
import math
return math.pi * self.radius ** 2
def perimeter(self):
import math
return 2 * math.pi * self.radius
def print_shape_info(shape):
print(shape.description())
print(f"Area: {shape.area()}")
print(f"Perimeter: {shape.perimeter()}")
shapes = [Rectangle(5, 10), Circle(7)]
for shape in shapes:
print_shape_info(shape)
print("-" * 20)
class IncompleteShape(Shape):
pass
try:
incomplete_shape = IncompleteShape()
except TypeError as e:
print(e)
输出： 执行以上代码将会得到如下输出：
I am a shape.
Area: 50
Perimeter: 30
--------------------
I am a shape.
Area: 153.93804002589985
Perimeter: 43.982297150257104
--------------------
Can't instantiate abstract class IncompleteShape with abstract methods area, perimeter