本文出自“Python 为什么”系列，请查看全副文章
不久前，Python 猫 给大家举荐了一本书《晦涩的 Python》（点击可跳转浏览），那篇文章有比拟多的“溢美之词”，显得比拟空洞……
然而，《晦涩的 Python》一书值得重复回看，能够温故知新。最近我偶尔翻到书中一个有点诡异的知识点，因而筹备来聊一聊这个话题——子类化内置类型可能会出问题？！
1、内置类型有哪些？
在正式开始之前，咱们首先要科普一下：哪些是 Python 的内置类型？
依据官网文档的分类，内置类型（Built-in Types）次要蕴含如下内容：
具体文档：https://docs.python.org/3/lib…
其中，有大家熟知的数字类型、序列类型、文本类型、映射类型等等，当然还有咱们之前介绍过的布尔类型、… 对象 等等。
在这么多内容里，本文只关注那些作为 可调用对象（callable）的内置类型，也就是跟内置函数（built-in function）在表面上类似的那些：int、str、list、tuple、range、set、dict……
这些类型（type）能够简略了解成其它语言中的类（class），然而 Python 在此并没有用习惯上的大驼峰命名法，因而容易让人产生一些误会。
在 Python 2.2 之后，这些内置类型能够被子类化（subclassing），也就是能够被继承（inherit）。
2、内置类型的子类化
家喻户晓，对于某个一般对象 x，Python 中求其长度须要用到公共的内置函数 len(x)，它不像 Java 之类的面向对象语言，后者的对象个别领有本人的 x.length() 办法。（PS：对于这两种设计格调的剖析，举荐浏览 这篇文章）
当初，假如咱们要定义一个列表类，心愿它领有本人的 length() 办法，同时保留一般列表该有的所有个性。
实验性的代码如下（仅作演示）：
# 定义一个 list 的子类
class MyList(list):
def length(self):
return len(self)咱们令 MyList 这个自定义类继承 list，同时新定义一个 length() 办法。这样一来，MyList 就领有 append()、pop() 等等办法，同时还领有 length() 办法。
# 增加两个元素
ss = MyList()
ss.append("Python")
ss.append("猫")
print(ss.length()) # 输入：2后面提到的其它内置类型，也能够这样作子类化，应该不难理解。
顺便发散一下，内置类型的子类化有何益处 / 应用场景呢？
有一个很直观的例子，当咱们在自定义的类外面，须要频繁用到一个列表对象时（给它增加 / 删除元素、作为一个整体传递……），这时候如果咱们的类继承自 list，就能够间接写 self.append()、self.pop()，或者将 self 作为一个对象传递，从而不必额定定义一个列表对象，在写法上也会简洁一些。
还有其它的益处 / 应用场景么？欢送大家留言探讨~~
3、内置类型子类化的“问题”
终于要进入本文的正式主题了:)
通常而言，在咱们教科书式的认知中，子类中的办法会笼罩父类的同名办法，也就是说，子类办法的查找优先级要高于父类办法。
上面看一个例子，父类 Cat，子类 PythonCat，都有一个 say() 办法，作用是说出以后对象的 inner_voice：
# Python 猫是一只猫
class Cat():
def say(self):
return self.inner_voice()
def inner_voice(self):
return "喵"
class PythonCat(Cat):
def inner_voice(self):
return "喵喵"当咱们创立子类 PythonCat 的对象时，它的 say() 办法会优先取到本人定义出的 inner_voice() 办法，而不是 Cat 父类的 inner_voice() 办法：
my_cat = PythonCat()
# 上面的后果合乎预期
print(my_cat.inner_voice()) # 输入：喵喵
print(my_cat.say()) # 输入：喵喵这是编程语言约定俗成的常规，是一个根本准则，学过面向对象编程根底的同学都应该晓得。
然而，当 Python 在实现继承时，仿佛不齐全 会依照上述的规定运作。它分为两种状况：
- 合乎常识：对于用 Python 实现的类，它们会遵循“子类先于父类”的准则
- 违反常识：对于理论是用 C 实现的类（即 str、list、dict 等等这些内置类型），在显式调用子类办法时，会遵循“子类先于父类”的准则；然而，在存在隐式调用时，它们仿佛会遵循“父类先于子类”的准则，即通常的继承规定会在此生效
对照 PythonCat 的例子，相当于说，间接调用 my_cat.inner_voice() 时，会失去正确的“喵喵”后果，然而在调用 my_cat.say() 时，则会失去超出预期的“喵”后果。
上面是《晦涩的 Python》中给出的例子（12.1 章节）：
class DoppelDict(dict):
def __setitem__(self, key, value):
super().__setitem__(key, [value] * 2)
dd = DoppelDict(one=1) # {'one': 1}
dd['two'] = 2 # {'one': 1, 'two': [2, 2]}
dd.update(three=3) # {'three': 3, 'one': 1, 'two': [2, 2]}
在这个例子中，dd[‘two’] 会间接调用子类的 \\_setitem\\_()办法，所以后果合乎预期。如果其它测试也合乎预期的话，最终后果会是{‘three’: [3, 3], ‘one’: [1, 1], ‘two’: [2, 2]}。
然而，初始化和 update() 间接调用的别离是从父类继承的 \\_init\\()和 \\update\\()，再由它们 隐式地 调用 \setitem\\_() 办法，此时却并没有调用子类的办法，而是调用了父类的办法，导致后果超出预期！
官网 Python 这种实现双重规定的做法，有点违反大家的常识，如果不加以留神，搞不好就容易踩坑。
那么，为什么会呈现这种例外的状况呢？
4、内置类型的办法的真面目
咱们晓得了内置类型不会隐式地调用子类笼罩的办法，接着，就是 Python 猫 的刨根问底时刻：为什么它不去调用呢？
《晦涩的 Python》书中没有持续诘问，不过，我试着胡乱猜想一下（应该能从源码中失去验证）：内置类型的办法都是用 C 语言实现的，事实上它们彼此之间并不存在着互相调用，所以就不存在调用时的查找优先级问题。
也就是说，后面的“\\_init\\()和 \\update\\()会隐式地调用 \setitem\\_() 办法”这种说法并不精确！
这几个魔术办法其实是互相独立的！\\_init\\()有本人的 setitem 实现，并不会调用父类的 \\setitem\\()，当然跟子类的 \\setitem\\_()就更没有关系了。
从逻辑上了解，字典的 \\_init\\()办法中蕴含 \\setitem\\_()的性能，因而咱们认为前者会调用后者，这是惯性思维的体现，然而理论的调用关系可能是这样的：
左侧的办法关上语言界面之门进入右侧的世界，在那里实现它的所有使命，并不会折返回原始界面查找下一步的指令（即不存在图中的红线门路）。不折返的起因很简略，即 C 语言间代码调用效率更高，实现门路更短，实现过程更简略。
同理，dict 类型的 get() 办法与 \\_getitem\\()也不存在调用关系，如果子类只笼罩了 \\getitem\\()的话，当子类调用 get() 办法时，理论会应用到父类的 get() 办法。（PS：对于这一点，《晦涩的 Python》及 PyPy 文档的形容都不精确，它们误以为 get() 办法会调用 \\getitem\\_()）
也就是说，Python 内置类型的办法自身不存在调用关系，只管它们在底层 C 语言实现时，可能存在公共的逻辑或能被复用的办法。
我想到了“Python 为什么”系列曾剖析过的《Python 为什么能反对任意的真值判断？》。在咱们写 if xxx 时，它仿佛会隐式地调用 \\_bool\\()和 \\len\\_()魔术办法，然而实际上程序根据 POP_JUMP_IF_FALSE 指令，会间接进入纯 C 代码的逻辑，并不存在对这俩魔术办法的调用！
因而，在意识到 C 实现的非凡办法间互相独立之后，咱们再回头看内置类型的子类化，就会有新的发现：
父类的 \\_init\\()魔术办法会突破语言界面实现本人的使命，然而它跟子类的 \\setitem\\_()并不存在通路，即图中红线门路不可达。
非凡办法间各行其是，由此，咱们会得出跟前文不同的论断：实际上 Python 严格遵循了“子类办法先于父类办法”继承准则，并没有毁坏常识！
最初值得一提的是，\\_missing\\_()是一个特例。《晦涩的 Python》仅仅简略而含糊地写了一句，没有过多开展。
通过初步试验，我发现当子类定义了此办法时，get() 读取不存在的 key 时，失常返回 None；然而 \\_getitem\\() 和 dd[‘xxx’] 读取不存在的 key 时，都会按子类定义的 \\missing\\_()进行解决。
我还没空深入分析，恳请晓得答案的同学给我留言。
5、内置类型子类化的最佳实际
综上所述，内置类型子类化时并没有出问题，只是因为咱们没有认清非凡办法（C 语言实现的办法）的真面目，才会导致后果偏差。
那么，这又号召出了一个新的问题：如果非要继承内置类型，最佳的实际形式是什么呢？
首先，如果在继承内置类型后，并不重写（overwrite）它的非凡办法的话，子类化就不会有任何问题。
其次，如果继承后要重写非凡办法的话，记得要把所有心愿扭转的办法都重写一遍，例如，如果想扭转 get() 办法，就要重写 get() 办法，如果想扭转 \\_getitem\\_()办法，就要重写它……
然而，如果咱们只是想重写某种逻辑（即 C 语言的局部），以便所有用到该逻辑的非凡办法都产生扭转的话，例如重写 \\_setitem\\_()的逻辑，同时令初始化和 update()等操作跟着扭转，那么该怎么办呢？
咱们已知非凡办法间不存在复用，也就是说单纯定义新的 \\_setitem\\_()是不够的，那么，怎么能力对多个办法同时产生影响呢？
PyPy 这个非官方的 Python 版本发现了这个问题，它的做法是令内置类型的非凡办法产生调用，建设它们之间的连贯通路。
官网 Python 当然也意识到了这么问题，不过它并没有扭转内置类型的个性，而是提供出了新的计划：UserString、UserList、UserDict……
除了名字不一样，根本能够认为它们等同于内置类型。
这些类的根本逻辑是用 Python 实现的，相当于是把前文 C 语言界面的某些逻辑搬到了 Python 界面，在左侧建设起调用链，如此一来，就解决了某些非凡办法的复用问题。
对照前文的例子，采纳新的继承形式后，后果就合乎预期了：
from collections import UserDict
class DoppelDict(UserDict):
def __setitem__(self, key, value):
super().__setitem__(key, [value] * 2)
dd = DoppelDict(one=1) # {'one': [1, 1]}
dd['two'] = 2 # {'one': [1, 1], 'two': [2, 2]}
dd.update(three=3) # {'one': [1, 1], 'two': [2, 2], 'three': [3, 3]}显然，如果要继承 str/list/dict 的话，最佳的实际就是继承 collections 库提供的那几个类。
6、小结
写了这么多，是时候作 ending 了~~
在本系列的前一篇文章中，Python 猫从查找程序与运行速度两方面，剖析了“为什么内置函数 / 内置类型不是万能的”，本文跟它一脉相承，也是揭示了内置类型的某种神秘的看似是缺点的行为特色。
本文尽管是从《晦涩的 Python》书中取得的灵感，然而在语言表象之外，咱们还多诘问了一个“为什么”，从而更进一步地剖析出了景象背地的原理。
简而言之，内置类型的非凡办法是由 C 语言独立实现的，它们在 Python 语言界面中不存在调用关系，因而在内置类型子类化时，被重写的非凡办法只会影响该办法自身，不会影响其它非凡办法的成果。
如果咱们对非凡办法间的关系有谬误的认知，就可能会认为 Python 毁坏了“子类办法先于父类办法”的根本继承准则。（很遗憾《晦涩的 Python》和 PyPy 都有此谬误的认知）
为了投合大家对内置类型的广泛预期，Python 在规范库中提供了 UserString、UserList、UserDict 这些扩大类，不便程序员来继承这些根本的数据类型。
写在最初：本文属于“Python 为什么”系列（Python 猫出品），该系列次要关注 Python 的语法、设计和倒退等话题，以一个个“为什么”式的问题为切入点，试着展示 Python 的迷人魅力。若你有其它感兴趣的话题，欢送填在《Python 的十万个为什么？》里的考察问卷中。
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