理解 Python 中的抽象类与 ABC 模块

什么是抽象类？
Python 中的 abc 模块
- 使用 abc.ABC 定义抽象类
- 定义子类并实现抽象方法
为什么使用抽象类？
抽象类的最佳实践

什么是抽象类？

抽象类是一种不能被实例化的类，通常用于定义接口或公共行为。它允许我们定义方法，但不提供具体的实现。抽象类的主要目的是为子类提供结构和约束，确保所有子类都实现某些必要的方法。

Python 中的 abc 模块

在 Python 中，抽象类由 abc 模块中的 ABC 类和 abstractmethod 装饰器实现。我们通过将类继承自 ABC 来声明一个类为抽象类，并通过 @abstractmethod 装饰器来定义抽象方法。

使用 abc.ABC 定义抽象类

首先，让我们看看如何定义一个抽象类。我们以一个 Payment 类为例，它是支付系统中的抽象类，要求所有支付方式都实现 pay 方法。

from abc import ABC, abstractmethod

class Payment(ABC):
    @abstractmethod
    def pay(self, amount):
        """处理支付的抽象方法，子类必须实现"""
        pass

在这个例子中，Payment 类继承自 ABC，并且定义了一个 pay 抽象方法。任何继承 Payment 的子类都必须实现 pay 方法，否则将无法实例化。

定义子类并实现抽象方法

一旦我们定义了抽象类，任何继承这个抽象类的子类都必须实现所有的抽象方法。否则，Python 会抛出 TypeError。

class CreditCardPayment(Payment):
    def pay(self, amount):
        print(f"Processing credit card payment of {
      
      amount}.")

class PayPalPayment(Payment):
    def pay(self, amount):
        print(f"Processing PayPal payment of {
      
      amount}.")

我们创建了两个子类 CreditCardPayment 和 PayPalPayment，并且它们都实现了 pay 方法。

现在我们可以实例化这些子类并调用 pay 方法：

payment = CreditCardPayment()
payment.pay(100)  # 输出: Processing credit card payment of 100.

payment = PayPalPayment()
payment.pay(200)  # 输出: Processing PayPal payment of 200.

为什么使用抽象类？

抽象类的主要优势在于它提供了灵活性与约束的平衡。它们允许我们定义接口或方法框架，而不具体实现这些方法。以下是使用抽象类的一些关键优势：

接口定义：抽象类提供了一种定义类接口的方式，确保子类实现特定的功能。这样可以避免子类忘记实现某些关键方法。
代码可扩展性：通过抽象类，可以方便地扩展系统。每次添加新功能时，只需创建新的子类并实现相应的抽象方法即可，而不需要修改现有代码。
强制约束：抽象类强制子类实现所有的抽象方法，确保了代码的完整性和一致性。
代码复用：可以在抽象类中实现一些公共方法或逻辑，而只将关键的实现细节留给子类完成。

抽象类的最佳实践

以下是一些使用抽象类时的最佳实践：

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使用抽象类定义通用接口：将共有的接口或行为定义在抽象类中，让子类实现具体的逻辑。
合理选择抽象类或具体类：如果类不应该被实例化，或者其中的方法需要子类来实现，则应将其定义为抽象类。
避免滥用抽象类：虽然抽象类提供了结构化的设计，但如果所有类都使用抽象类，代码可能会变得复杂且难以维护。因此，应根据需求合理使用。