python抽象基类

什么是抽象基类？

抽象基类（Abstract Base Class，简称 ABC）是一种类，它被设计为其他类的模板或基类，而不能直接实例化。抽象基类提供了一种在代码中定义接口（规范）的方式，确保子类实现特定的方法。

核心特点

1. 不能实例化：直接创建抽象基类对象会抛出错误。
2. 定义接口：通过声明抽象方法，规定子类必须实现哪些方法。
3. 提高代码规范性：强制子类实现某些特定功能，避免遗漏。
4. 实现部分功能：抽象基类也可以包含具体方法，用于提供公共实现。

在 Python 中，抽象基类由 abc 模块支持，通过 ABC 和 abstractmethod 实现。

---

如何使用抽象基类？

以下是使用抽象基类的步骤和一个案例：

1. 导入 abc 模块

需要从 abc 模块中导入 ABC 和 abstractmethod。

2. 创建抽象基类

继承 ABC 并使用 @abstractmethod 装饰需要子类实现的方法。

3. 子类继承并实现

子类必须实现所有抽象方法，否则无法实例化子类。

---

总结

1. 抽象基类是接口的实现工具：它强制子类实现规定的方法。
2. 代码规范性：使用抽象基类可以提高代码的维护性和可读性。
3. 部分公共功能实现：抽象基类可以为子类提供通用的方法实现。

案例1

下面通过一个生活中的例子来理解：想象一下"形状"这个概念 - 我们知道形状可以有面积和周长，但"形状"本身是一个抽象的概念，你不能画出一个"形状"，你画出的一定是具体的圆、方、三角等。

下面用代码来实现这个例子：

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass
    
    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass

class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        return 3.14 * self.radius ** 2
    
    def perimeter(self):
        return 2 * 3.14 * self.radius

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)

# 使用示例
circle = Circle(5)
print(f"圆的面积：{circle.area()}")
print(f"圆的周长：{circle.perimeter()}")

rectangle = Rectangle(4, 6)
print(f"矩形的面积：{rectangle.area()}")
print(f"矩形的周长：{rectangle.perimeter()}")

# 这行代码会报错，因为不能实例化抽象类
# shape = Shape()

抽象基类的关键特点：

1. 不能被实例化：就像你不能画出一个"形状"一样，你不能创建抽象基类的实例。

2. 强制实现：子类必须实现抽象基类中定义的抽象方法，否则会报错。比如所有的形状都必须能计算面积和周长。

3. 接口规范：抽象基类定义了一个规范，告诉子类"你必须实现这些方法"。这就像是一个契约或模板。

抽象基类的优势：

1. 代码规范：确保所有子类都实现了必要的方法，避免遗漏。

2. 代码复用：可以在抽象基类中实现一些通用的方法，子类直接继承使用。

3. 接口统一：所有继承自同一抽象基类的类都遵循相同的接口，这使得代码更容易维护和扩展。

案例2

再举一个实际的例子，比如做游戏开发：

from abc import ABC, abstractmethod

class Character(ABC):
    def __init__(self, name, health):
        self.name = name
        self.health = health
    
    @abstractmethod
    def attack(self):
        pass
    
    @abstractmethod
    def defend(self):
        pass
    
    # 这是一个普通方法，所有子类都可以直接使用
    def is_alive(self):
        return self.health > 0

class Warrior(Character):
    def attack(self):
        return "挥剑攻击，造成20点伤害"
    
    def defend(self):
        return "举盾防御，减少50%伤害"

class Mage(Character):
    def attack(self):
        return "释放火球，造成30点魔法伤害"
    
    def defend(self):
        return "施放魔法护盾，减少30%伤害"

这个例子中，Character是抽象基类，定义了游戏角色必须具有的基本行为（攻击和防御）。Warrior和Mage是具体的实现，它们必须实现这些行为，但可以用不同的方式实现。

使用抽象基类的场景：

• 当你需要确保一组类都遵循相同的接口时
• 当你有一些通用的行为，但具体实现因类而异时
• 当你需要定义一个规范，让其他开发者据此开发时