Python 中的鸭子类型和猴子补丁

原文链接: Python 中的鸭子类型和猴子补丁

大家好,我是老王。

Python 开发者可能都听说过鸭子类型猴子补丁这两个词,即使没听过,也大概率写过相关的代码,只不过并不了解其背后的技术要点是这两个词而已。

我最近在面试候选人的时候,也会问这两个概念,很多人答的也并不是很好。但是当我向他们解释完之后,普遍都会恍然大悟:“哦,是这个啊,我用过”。

所以,我决定来写一篇文章,探讨一下这两个技术。

鸭子类型

引用维基百科中的一段解释:

鸭子类型duck typing)在程序设计中是动态类型的一种风格。在这种风格中,一个对象有效的语义,不是由继承自特定的类或实现特定的接口,而是由”当前方法和属性的集合”决定。

更通俗一点的说:

当看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子,那么这只鸟就可以被称为鸭子。

也就是说,在鸭子类型中,关注点在于对象的行为,能作什么;而不是关注对象所属的类型。

我们看一个例子,更形象地展示一下:

# 这是一个鸭子(Duck)类
class Duck:
    def eat(self):
        print("A duck is eating...")

    def walk(self):
        print("A duck is walking...")


# 这是一个狗(Dog)类
class Dog:
    def eat(self):
        print("A dog is eating...")

    def walk(self):
        print("A dog is walking...")


def animal(obj):
    obj.eat()
    obj.walk()


if __name__ == '__main__':
    animal(Duck())
    animal(Dog())

程序输出:

A duck is eating...
A duck is walking...
A dog is eating...
A dog is walking...

Python 是一门动态语言,没有严格的类型检查。只要 DuckDog 分别实现了 eatwalk 方法就可以直接调用。

再比如 list.extend() 方法,除了 list 之外,dicttuple 也可以调用,只要它是可迭代的就都可以调用。

看过上例之后,应该对「对象的行为」和「对象所属的类型」有更深的体会了吧。

再扩展一点,其实鸭子类型和接口挺像的,只不过没有显式定义任何接口。

比如用 Go 语言来实现鸭子类型,代码是这样的:

package main

import "fmt"

// 定义接口,包含 Eat 方法
type Duck interface {
	Eat()
}

// 定义 Cat 结构体,并实现 Eat 方法
type Cat struct{}

func (c *Cat) Eat() {
	fmt.Println("cat eat")
}

// 定义 Dog 结构体,并实现 Eat 方法
type Dog struct{}

func (d *Dog) Eat() {
	fmt.Println("dog eat")
}

func main() {
	var c Duck = &Cat{}
	c.Eat()

	var d Duck = &Dog{}
	d.Eat()

	s := []Duck{
		&Cat{},
		&Dog{},
	}
	for _, n := range s {
		n.Eat()
	}
}

通过显式定义一个 Duck 接口,每个结构体实现接口中的方法来实现。

猴子补丁

猴子补丁Monkey Patch)的名声不太好,因为它会在运行时动态修改模块、类或函数,通常是添加功能或修正缺陷。

猴子补丁在内存中发挥作用,不会修改源码,因此只对当前运行的程序实例有效。

但如果滥用的话,会导致系统难以理解和维护。

主要有两个问题:

  1. 补丁会破坏封装,通常与目标紧密耦合,因此很脆弱
  2. 打了补丁的两个库可能相互牵绊,因为第二个库可能会撤销第一个库的补丁

所以,它被视为临时的变通方案,不是集成代码的推荐方式。

按照惯例,还是举个例子来说明:

# 定义一个Dog类
class Dog:
    def eat(self):
        print("A dog is eating ...")


# 在类的外部给 Dog 类添加猴子补丁
def walk(self):
    print("A dog is walking ...")


Dog.walk = walk

# 调用方式与类的内部定义的属性和方法一样
dog = Dog()
dog.eat()
dog.walk()

程序输出:

A dog is eating ...
A dog is walking ...

这里相当于在类的外部给 Dog 类增加了一个 walk 方法,而调用方式与类的内部定义的属性和方法一样。

再举一个比较实用的例子,比如我们常用的 json 标准库,如果说想用性能更高的 ujson 代替的话,那势必需要将每个文件的引入:

import json

改成:

import ujson as json

如果这样改起来成本就比较高了。这个时候就可以考虑使用猴子补丁,只需要在程序入口加上:

import json  
import ujson  


def monkey_patch_json():  
    json.__name__ = 'ujson'  
    json.dumps = ujson.dumps  
    json.loads = ujson.loads  


monkey_patch_json()

这样在以后调用 dumpsloads 方法的时候就是调用的 ujson 包,还是很方便的。

但猴子补丁就是一把双刃剑,问题也在上文中提到了,看需,谨慎使用吧。

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