'pep 544 Protocols: Structural subtyping (static duck typing)'

2023-07-16

前言

在 PEP 484 中引入的 Typing hints (类型提示) 可以用来为静态类型检查器和其他第三方工具指定类型元数据。但是在，PEP 484 只指定了名义子类型的语义。在这个 PEP 544 中，指定了协议类的静态和运行时语义，这将为结构性子类型（静态鸭子类型）提供一个支持。

什么是鸭子类型(Duck Typing)？

If it walks like a duck and it quacks like a duck, then it must be a duck。

简单地说，”如果它走路像鸭子，叫起来像鸭子，那它一定是鸭子“。

在编程中这就意味着当我们编写接收特定输入的函数时，我们只需要关心该函数输入的行为、属性，而不是该函数输入的显式类型。

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。— 百度百科

那么如何在 Python 中实现“鸭子类型”呢？

鸭子类型

现在有这样子场景，我们需要编写一个函数去计算一个拥有边长(len_side)的物体的周长，伪代码如下：

function calcute_circumference(shape):
		circumference = 0 
		for side in shape.len_side: /// 遍历边长
			circumference += side
		return circumference /// 周长

从伪代码不难看出，我们不关心是什么的物体，我们只需要保证这个物体可以有一个 len_side（列表） 字段就可以了。

现在我们可以借由 Protocol 去实现它。

from typing import Protocol

class ObjWithSideLen(Protocol):
	side_len: list

def calcute_circumference(shape: ObjWithSideLen):
	circumference = 0 
	for side in shape.side_len:
		circumference += side
	return circumference

从上面的例子不难看出 Protocol 有点类似 Java 中的接口，只需要在函数上使用它，并不需要去关注输入的参数的具体类型。

泛型

我们还可以配合使用 typing 中的 TypeVar 实现泛型参数化，让我们的函数更加抽象化，只要符合协议，无论什么类型的输入都可以。

from typing import Protocol

class ObjWithSideLen(Protocol):
	side_len: list

T = TypeVar('T', bound=ObjWithSideLen)

def calcute_circumference(shape: T) -> T:
	circumference = 0 
	for side in shape.side_len:
		circumference += side
	shape.circumference = circumference
	return shape

延伸

上述的例子都可以借由 Python 中的 ABCs 去实现的，但是两者的侧重点有所不同，由于篇幅有限，在下一篇文章，让我们仔细对比一下两者的的区别。