python多重繼承新算法C3

mro即 method resolution order (方法解釋順序)，主要用於在多繼承時判斷屬性的路徑(來自於哪個類)。

在python2.2版本中，算法基本思想是根據每個祖先類的繼承結構，編譯出一張列表，包括搜索到的類，按策略刪除重復的。但是，在維護單調性方面失敗過（順序保存），所以從2.3版本，采用了新算法C3。

 

為什么采用C3算法
C3算法最早被提出是用於Lisp的，應用在Python中是為了解決原來基於深度優先搜索算法不滿足本地優先級，和單調性的問題。
本地優先級：指聲明時父類的順序，比如C(A,B)，如果訪問C類對象屬性時，應該根據聲明順序，優先查找A類，然后再查找B類。
單調性：如果在C的解析順序中，A排在B的前面，那么在C的所有子類里，也必須滿足這個順序。

 

C3算法
判斷mro要先確定一個線性序列，然后查找路徑由由序列中類的順序決定。所以C3算法就是生成一個線性序列。
如果繼承至一個基類:
class B(A)
這時B的mro序列為[B,A]

如果繼承至多個基類
class B(A1,A2,A3 ...)
這時B的mro序列 mro(B) = [B] + merge(mro(A1), mro(A2), mro(A3) ..., [A1,A2,A3])
merge操作就是C3算法的核心。
遍歷執行merge操作的序列，如果一個序列的第一個元素，是其他序列中的第一個元素，或不在其他序列出現，則從所有執行merge操作序列中刪除這個元素，合並到當前的mro中。
merge操作后的序列，繼續執行merge操作，直到merge操作的序列為空。
如果merge操作的序列無法為空，則說明不合法。

例子：
class A(O):pass
class B(O):pass
class C(O):pass
class E(A,B):pass
class F(B,C):pass
class G(E,F):pass

A、B、C都繼承至一個基類，所以mro序列依次為[A,O]、[B,O]、[C,O]
mro(E) = [E] + merge(mro(A), mro(B), [A,B])
       = [E] + merge([A,O], [B,O], [A,B])
執行merge操作的序列為[A,O]、[B,O]、[A,B]
A是序列[A,O]中的第一個元素，在序列[B,O]中不出現，在序列[A,B]中也是第一個元素，所以從執行merge操作的序列([A,O]、[B,O]、[A,B])中刪除A，合並到當前mro，[E]中。
mro(E) = [E,A] + merge([O], [B,O], [B])
再執行merge操作，O是序列[O]中的第一個元素，但O在序列[B,O]中出現並且不是其中第一個元素。繼續查看[B,O]的第一個元素B，B滿足條件，所以從執行merge操作的序列中刪除B，合並到[E, A]中。
mro(E) = [E,A,B] + merge([O], [O])
       = [E,A,B,O]

 

實現C3算法的代碼

#-*- encoding:GBK -*-#  
def mro_C3(*cls):  
        if len(cls)==1:  
            if not cls[0].__bases__:  
                return  cls  
            else:  
                return cls+ mro_C3(*cls[0].__bases__)  
        else:  
            seqs = [list(mro_C3(C)) for C in cls ] +[list(cls)]  
            res = []  
            while True:  
              non_empty = list(filter(None, seqs))  
              if not non_empty:  
                  return tuple(res)  
              for seq in non_empty:  
                  candidate = seq[0]  
                  not_head = [s for s in non_empty if candidate in s[1:]]  
                  if not_head:  
                      candidate = None  
                  else:  
                      break  
              if not candidate:  
                  raise TypeError("inconsistent hierarchy, no C3 MRO is possible")  
              res.append(candidate)  
              for seq in non_empty:  
                  if seq[0] == candidate:  
                      del seq[0]