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type和object詳解

本文轉載自   查看原文   2019-08-21 21:58   796    Python

python中的type和object詳解

 

關於這篇博客

這篇博客主要描述Python的新風格對象(new-style objects)，如下：

  1. <type 'type'>和<type 'object'>分別是什么？
  2. 用戶自定義的類和實例之間是怎么聯系的？它們和內置類型又是怎么聯系的？
  3. 什么是元類(metaclasses)？

New-style表明這篇博客所說的內容只適用於版本為2.2及以上的python。

開始之前

最主要，是理解type和object的區別與聯系。我們平時用的最多的是Object，比如你定義一個類時，會繼承object:

>>> class Test(object):
...     pass

這里你定義了一個自定義類Test，不難看出，Test繼承了object，也就是說，object是Test的超類(或者說基類)。
接下來，你可以再定義一個類：

>>> class subTest(Test):
...     pass

subTest繼承了Test,同時，因為Test繼承了object，所以也可以說subTest繼承了object。在這里涉及到一個重要的知識點，那就是繼承具有傳遞性。如果你仔細觀察，你會發現另外一個知識點，那就是：object是所有類的超類（這句話至關重要）。那type是什么呢？它是object的類型（也就是說object是type的實例），同時，object又是type的超類。

“type是object的類型，同時，object又是type的超類”這句話看起來就充滿疑點：那到底是先有object還是先有type呢？其實，“先有object和還是type問題”就像“先有雞還是先有蛋問題”。到底先有誰呢？不急，請繼續看：

你要明白這些，先要知道，python是面向對象的語言。在python里面，一切皆為對象。

一切皆為對象？這里對於一部分人來說，可能不是很容易理解。這么說吧，在python里，int整形是對象，整數2也是對象，你定義的函數啊，類啊都是對象，你定義的變量也是對象。總之，你在python里能用到的都可以稱之為對象。

好了，把python里一切皆為對象給整明白后，你要明白在面向對象的體系中，存在兩種關系：

  • 父子關系（圖中以實線描述）：這種關系存在於某個類（subclass）是另一個類（superclass）的特別版本之中。通常描述為“子類是一種父類”。比如：蛇是一種爬行動物(Snake is a kind of reptile)。其中，蛇(snake)是子類,爬行動物(reptile)是父類。蛇擁有爬行動物的特征，同時，又擁有標志自己是一條蛇的特征。
  • 類型實例關系（圖中以虛線描述）：這種關系存在於兩個對象之中，其中一個對象(實例)是另一個對象(類型)的具體實現。我有一條寵物蛇叫Squasher，那么Squasher就是蛇的一個實例。英文描述為："Squasher is an instance of snake".

用實線表示父子關系，是因為父與子的關系更加“貼實”。比如有人叫你列出有關蛇的詞，你可能會說蛇是爬行動物，但你不會說出蛇是Squasher....
我想如果把上面的兩種關系用代碼表示出來你會更加直觀：

>>> class reptile(object):
...     feature = "有標志自己是爬行動物的特征"
...     name = "爬行動物"
...
>>> class snake(reptile):
...     snake_feature = "除了有標志自己是爬行動物特征，還有自己是蛇的特征"
...     name = "蛇"
...
>>> Squasher = snake()

class reptile(object)和class snake(reptile)就是代表父子關系。object是reptile的基類，reptile是snake的超類（基類）。這里有沒有想起來 object是所有類的超類？
Squasher = snake()是類型實例關系。將類snake實例化就得到了Squasher。

這時候，有兩條很有用的規則：

  1. Dashed Arrow Up Rule:If X is an instance of A, and A is a subclass of B, then X is an instance of B as well.翻譯過來應該是“虛線向上規則”:如果X是A的實例，同時A又是B的子類，那么，X也是B的實例。；
  2. Dashed Arrow Down Rule:If B is an instance of M, and A is a subclass of B, then A is an instance of M as well.翻譯過來應該是“虛線向下規則”：如果B是M的實例，同時A是B的子類，那么，A也是M的實例。其實這條規則很少會用到，但卻和這篇博客要講的內容息息相關。我來略作分析，從“如果B是M的實例”這句話得出，B是實例，“A是B的子類” --> B是一個（父）類。B是實例，同時又是一個類？怎么回事？看完這篇博客，你會知道答案的。

在這里，我來解釋一下為什么叫"虛線向上規則"，通過觀察上圖右邊，我們可以清晰地見到一個帶箭頭的虛線，從X端出發，射向A端，此時，A端為箭頭端，虛線代表類型實例關系，所以A端是類型，即X是A的實例（換句話說，A是X的類型），通過命令X.__class__我們可查看X的類型。再看，一條帶箭頭的實線從A端射向B端，B端是箭頭端，實線代表父子關系，所以B端是父類，即A是B的子類。這時候，我們通過將X端射向A端的虛線，向上抬，射向B端（你應該可以看到上圖右上方有一條標志為implied[這個單詞意思是隱藏]的向上虛線），就實現了表述X也是是B的實例的目的。也名副其實，虛線向上嘛。虛線向下規則也可以這樣推出來，我就不演示了。

總的來說，面向對象體系里，有兩種關系，一種是父子關系，通過父類與子類來描述，另一種是類型實例關系，通過類和實例來描述。而兩條規則，是將類之間，類與實例之間的關系聯系在一起。

到這里，可以進入主題了。

基本概念

對象內部：The Object Within

上面我們說了面向對象，那么對象（object）是什么呢？對象是python的重要核心之一：它是某個實體的抽象描述。對象擁有下面的特征：

  1. 身份（Identity）：給定兩個名字，我可以肯定地說，要么它們是指向同一個對象，要么不是;
  2. 值（A value）：這意味着對象包含一堆屬性。我們可以通過objectname.attributename的方式操作屬性;
  3. 類型（A type）:每個對象都有一個確切地類型。例如，對象“2”的類型是int;
  4. 一個或多個“Bases”（One or more bases）：不是所有對象都有Bases，但一些特殊的對象會有，比如：類。Bases類似於面向對象語言中的“基類”，“超類”。

如果你想知道一個對象在內存中的位置，你可以調用id(對象)來查看。在這里，我再次強調，在python中，一切都有對象的概念。數字2是對象，類型int也是對象...
type和Bases（如果它們存在）非常重要，因為它們定義了一個對象和另一個對象之間的關系。請記住，type和Bases本身也是對象，稍后會提到。
你也許會認為，對象有名字，但名字並不是對象的組成部分。對象的名字存在於這個對象的命名空間（namespace）之外或者是另一個對象的屬性。也就是說：名字和這個對象不是存儲在同一個“地方”

例子：測試一個整數對象

>>> two = 2  #==>(1)
>>> type(two)  #==>(2)
<class 'int'> >>> type(type(two)) #==>(3) <class 'type'> >>> type(two).__bases__ #==>(4) (<class 'object'>,) >>> dir(two) #==>(5) ['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__', '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__', '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__', '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__', '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__', '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag', 'numerator', 'real', 'to_bytes']

(1):我們在當前命名空間給數字2分配一個名字。並將2和“two”綁定在起。
(2):這個對象的類型是<class 'int'>。你會在其它地方見到類似<type 'int'>，int這樣的輸出，其實它們都是一個意思。
(3):額，<class 'int'>的類型是<class 'type'>.
(4):輸出“類int”的基類。
(5):列出整型這個對象所有的屬性。

可能會覺得有點亂，我稍微總結一下：數字2是類型int（一般來講，在python中“類”和“類型”是同一種東西）的一個實例。倒過來說，int是數字2的類型。元組(<class 'object'>,)是類型int的超類（或說父類）。一個類型的超類可能不止一個，所以用元組表示。
現在，我們引出第一條規則：

一切皆為對象
上面說的數字2，類型int，int的超類<class 'object'>都是對象。除此之外，你定義的函數，方法...都是對象。

一塊干凈的畫板

現在我們來建立python的對象系統。從一塊干凈的畫板開始...,畫板分為三部分，從左到右，分別代表類的類，類，類的實例。

我們會在這個畫板中開啟我們的學習之旅...

關系（Relationships）

我們談及對象時，用兩種關系來連接各種對象，使得對象之間產生聯系：

  1. 父子關系（ the subclass-superclass relationship）;
  2. 類型實例關系（ the type-instance relationship ）。

在文章開頭已經詳細討論過這兩種關系了。

進入對象( Bring In The Objects)

第一個對象

我們測試兩個對象：object和type:
例子1：

>>> object   #===>(1)
<class 'object'> >>> type #===>(2) <class 'type'> >>> type(object) #===>(3) <class 'type'> >>> object.__class__ #===>(4) <class 'type'> >>> object.__bases__ #===>(5) () >>> type.__class__ #===>(6) <class 'type'> >>> type.__bases__ #===>(7) (<class 'object'>,)

(1),(2):python中的兩個源對象的名字。我們先前說過type()是用來獲對象的類型的。事實上，它既是一個對象，也是獲取其它對象的類型的方法。
(3),(4):查看object的類型。看到object是type的實例，我們另外也用.__class__來核實它和type()的輸出是一樣的。
(5):object沒有超類，因為它本身就是所有對象的超類。
(6),(7):分別輸出type的類型和超類。即，object是type的超類。type的類型是它自己

我們把例子1獲取的信息描述在畫板上：

object和type是python中的兩個源對象，當我們嘗試介紹它們是就會陷入“先有雞還是現有蛋”難題，到底先介紹誰？事實上，它們是互相依賴對方來定義，所以它們不能分開而論。

繼續我們的python實驗：

>>> isinstance(object,object)    #===>(1)
True
>>> isinstance(type, object)     #===>(2)
True

(1):發生了什么？其實這里利用了虛線向上規則，type是object的子類，type的實例自然也是object的實例。object是type的實例啊。
(2):這里我參考的英文文檔解釋是：同時應用虛線向上和虛線向下規則。但我看得一臉懵逼。因為我覺的這里和(1)一樣啊：type是object的子類，type的實例自然也是object的實例。type也是type的實例啊。

如果你認為上面的解釋很混亂，不用理會它。不影響你理解這篇文章的主要目的。

新概念： type objects

type和object都屬於type objects。type objects翻譯過來就是類型對象了。類型對象的特征：

  1. 它們用於表示程序中的抽象數據類型。例如，我們定義的一個類User會代表系統中所有的用戶。int會代表系統中所有整形數字。
  2. 它們能被繼承。這意味着你可以利用存在的類型對象創造出新的類型對象。已經存在的類型對象是新的類型對象的超類。
  3. 它們能被實例化。這意味着你可以利用已經存在的類型對象創造出新的實例對象。前者是后者的type。
  4. 類型對象的類型是type
  5. 它們有時會被成為類型有時會被稱為類。

你沒有看錯。在新版本的python中類和類型已經是同一樣東西了。由一個很明顯的地方就可以看出來。__class__和type()的輸出是一樣的。

在舊版本的python中，類是特指用class語句創造出來的東西。而內置類型例如int一般不會被認為是類，而是被認為是類型。但在新版本中它們是同一樣東西了。我覺得有必要為這個改變定義一條規則：
類是類型，類型也是類（Class is Type is Class）

在>=2.3版本的python中，類和類型是同一樣東西。
The term type is equivalent to the term class in all version of Python >= 2.3.

類型和非類型（或者說類和非類）都是對象，但只有類型能夠被繼承。非類型擁有具體的值，所以被繼承是毫無意義的，而且它也不能被繼承。做簡單的例子，就是類型int和它的實例2。int是類型，2是非類型。你說說，繼承2有什么意義？

是否還是會疑惑到底社么是類型？什么是非類型？
這里有一條判斷規則送給你：

如果一個對象，它的類型是“<class 'type'>”,那么，它是類型，否則不是。

還記得怎么判斷一個對象的類型嗎？沒錯的，__class__和type()隨意你用。

小總結：

  • <class 'object'>的類型是<class 'type'>;
  • <class 'object'>的父類為空;
  • <class 'type'> 的類型是它自己本身;
  • <class 'type'> 是<class 'object'>的子類;
  • 在python中只要兩種對象：類型和非類型。非類型也被稱為實例。這里有英文原句，我不知怎么翻譯了，很容易看懂，但不知如何說：There are only two kinds of objects in Python: to be unambiguous let's call these types and non-types. Non-types could be called instances, but that term could also refer to a type, since a type is always an instance of another type. Types could also be called classes, and I do call them classes from time to time.

注意我們在畫板中只畫出兩個對象的直接關系，隱藏的關系就不畫了，節省我們的精力和畫板尺寸。

更多內置對象

python這條船上可不止只有兩個源對象。通過這兩個源對象可以繁育出一堆對象：
Figure 2.2. 一些內置對象

上圖中的一些內置類型，下面通過例子來測試：

>>> list    #====>(1)
<class 'list'> >>> list.__class__ #====>(2) <class 'type'> >>> list.__bases__ #====>(3) (<class 'object'>,) >>> tuple.__class__,tuple.__bases__ #====>(4) (<class 'type'>, (<class 'object'>,)) >>> dict.__class__,dict.__bases__ #和(4)一樣原理 (<class 'type'>, (<class 'object'>,)) >>> mylist = [1,2,3] #====>(5) >>> mylist.__class__ #====>(6) <class 'list'> >>> mylist.__bases__ #====>(7) Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'list' object has no attribute '__bases__'

(1):內置對象list;
(2):list的類型是<class 'type'>;
(3):list的超類是(<class 'object'>,);
(4):內置對象tuple.tuple的類型和超類分別是：<class 'type'>, (<class 'object'>,);
(5)list的一個實例mylist;
(6)實例mylist的類型是<class 'list'>;
(7)實例沒有超類。

我們可以創造一個tuple或dict的實例，但我們不能創造一個mylist的實例。因為mylist不是一個類型，它僅僅是一個實例。

通過繼承產生新對象

內置類型是python本身就有的。那么我們如何創造一個新的類型呢？
新的類型不能夠憑空產生，它必須依賴已經存在的類型，於是，繼承就呼之欲出了。

例子：通過繼承產生新對象

# 在 Python 2.x，你得顯式寫出自定義的類繼承於object:
class C(object):    #====>(1)
    pass

# In Python 3.x,不用顯式寫出object,如果你不寫，則自動繼承於object:
class C:    #====>(2)
    pass

class D(object):
    pass

class E(C, D):    #====>(3)
    pass

class MyList(list):    #====>(4)
    pass

(1):class語句告訴python解釋器要通過一個存在的類型創造一個新的類型;
(2):在python3.x可以省略掉(object)。
(3):多重繼承;
(4):大多數內置類型可以被繼承，但不是所有的都可以。

通過實例化產生新對象

Example 2.5.

obj = object()    #====>(1)

cobj = C()   #====>(2)

mylist = [1,2,3]    #====>(3)

(1),(2):利用類型名()的方式創造一個類型的實例。()中可能帶參數;
(3):這是python利用內置類型創造實例的語法。沒什么好說的。

注意：僅僅通過對<class 'object'>進行子類化，類型C就自動成為<class 'type'>的實例。原因在常見疑問的第二個問題中。

在以上的操作后，原本空白的畫板可以畫滿了：

常見疑問

到這里你頭腦中可能會有很多疑惑，下面列出其中一些問題以及答案，請酌情欣賞。有沒有提到的請留言，我會努力搜索答案來解答：
Q: Python如何真正創建一個新對象?
A: 在python中，創造的新對象有兩種：類型和非類型。類型可被繼承和實例化。非類型本事就是一個實例。當python創造新對象時，它會用自己本身的類型作為新對象的類型。一般會用到兩個方法__new__()和__init__()。所以。每個對象都有類型。
Q:實例化的時候要指定類型，但是當繼承時python如何知道用哪個類型？
它查看你繼承的超類，並且使用超類的類型來作為新對象的類型。
在大多數的情況下，<class 'object'>的子類（和<class 'object'>的子類的子類等等）的類型都是<class 'type'>

>>> class A(object):
...     pass
...
>>> class B(A):
...     pass
...
>>> class C(B):
...     pass
...
>>> A.__class__, B.__class__, C.__class__
(<class 'type'>, <class 'type'>, <class 'type'>)

Q:我能夠創造一個新的類型？
A:能，這就得元類出場了，通過屬性__metaclass__你可以重新創造一個類型出來。這里我簡單列一個例子。元類的話下面會簡單介紹。

>>> class A(type):
...     pass
...
>>> class B(object, metaclass=A):
...     pass
...
>>> class C(B):
...     pass
...
>>> A.__class__, B.__class__, C.__class__
(<class 'type'>, <class '__main__.A'>, <class '__main__.A'>)

通過繼承type,我們創造出新的類型<class '__main__.A'>。

Q:wow！那我可以使用任何的類型作為metaclass的參數嗎？
A:不能。只有繼承了type的類能夠做為metaclass的參數。

Q:我應該使用metaclass嗎？
不建議使用。高手除外。

准備結束

一幅描繪python對象的圖

我們最后得到一幅由不同對象組成的地圖：

在大多數情況之下，我們都是學習第二列和第三列的內容。至於第一列，那是元類的領域了。不是所有人都要深入學習。

來解釋一下上圖的東西：

  1. 虛線可以從一列穿過另一列，例如從實例所在列穿到類所在列。（<type 'type'>例外）;
  2. 實線不可以穿過其他列。再一次地，<type 'type'> -> <type 'object'> 是例外。
  3. 第三列不允許出現實線。因為實線代表繼承。第三列地實例無法子類化;
  4. 第三列地對象也不允許被實例化;
  5. 第一，二列包含類型，第三列包含非類型;
  6. 如果創造一個繼承<class 'type'>的對象，那么它會被放在第一列，即元類。這里繼續強調，類和類型是一樣的。<class 'type'>和<type 'type'>也是一樣的。

注意：<class 'type'>是所有類型的類型。<class 'object'>也是所有對象的超類（除了它自己）。

總結

這些內容是對前面的總結：

  1. 在python中有兩種對象：
    • 類型對象：可以被實例化和繼承；
    • 非類型對象：不可以被實例和繼承。
  2. <class 'type'>和<class 'object'>是python中的兩個源對象。
  3. 每個對象都有類型。用objectname.__class__查看。
  4. 每個類型對象都有超類（object除外），用objectname.__bases__可以查看。
  5. 通過繼承產生的新對象都是類型對象。繼承是用class語句來實現的。

  6. 通過實例化產生的新對象可能是類型對象，也可能是非類型對象。你看下圖，虛線就表示實例化，第一列和第二列實例化產生的新對象就是類型對象。第三列實例化產生的新對象就是非類型對象。實例化是通過調用操作符()來實現的。比如你自定義了一個類myclass,實例化就是在myclass后增加()操作符完成的。也就是instance_of_myclass=myclass()。

  7. 一些python的非類型對象可以通過特殊的語法來創造。例如[1, 2, 3]是list的實例。
  8. 在內部，python總是使用類型對象來創造新對象。新創造的對象是該類型對象的實例。（在這里，實例有兩種意思：一通過繼承產生的子類，二是通過實例化產生的具體實例。但平時我們說的實例就是只第二種）。python通過class語句中指定的超類的類型來決定新對象的類型。
  9. issubclass(A,B)返回true當且僅當：
    • B在A.__bases__輸出的元組之中;
    • 如果A在Z.__bases__輸出的元組中，issubclass(Z,B)返回true.
  10. isinstance(A,B)返回true當且僅當：
    • A.__class__是B，或者
    • issubclass(A.__class__,B)返回true

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本文轉載自博客園https://www.cnblogs.com/busui/p/7283137.html，感謝作者lovekernel！！！

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