super類的使用

在 Python 中，我們經(jīng)常使用繼承來(lái)構(gòu)建類的層次結(jié)構(gòu)。當(dāng)子類繼承了父類的屬性和方法時(shí)，有時(shí)我們需要在子類中調(diào)用父類的方法或?qū)傩?。這就是super類的用武之地。

super函數(shù)的一般用法是在子類中調(diào)用父類的方法，格式為super().method()。這樣可以方便地使用父類的實(shí)現(xiàn)，并在子類中添加自己的特定行為。

下面是一個(gè)示例代碼，演示了super函數(shù)的使用：

class Parent:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def say_hello(self):
        print(f"Hello, I'm {self.name}")
class Child(Parent):
    def __init__(self, name, age):
        super().__init__(name)
        self.age = age
    def say_hello(self):
        super().say_hello()
        print(f"I'm {self.name} and I'm {self.age} years old")
child = Child("Alice", 10)
child.say_hello()

輸出結(jié)果為：

Hello, I'm Alice
I'm Alice and I'm 10 years old

在上述示例中，Child類繼承自Parent類。在Child類的構(gòu)造函數(shù)中，我們使用super().__init__(name)來(lái)調(diào)用父類Parent的構(gòu)造函數(shù)，以便在子類中初始化父類的屬性。在say_hello方法中，我們使用super().say_hello()調(diào)用父類Parent的say_hello方法，并在子類中添加了額外的輸出。

除了調(diào)用父類的方法，super函數(shù)還可以用于訪問父類的屬性。例如，super().attribute可以用來(lái)獲取父類的屬性值。

super類的工作原理

Super 設(shè)計(jì)的目的

要理解super類的工作原理，我們需要了解Python中的多重繼承和方法解析順序（Method Resolution Order，MRO）。多繼承是指一個(gè)類可以同時(shí)繼承多個(gè)父類。在Python中，每個(gè)類都有一個(gè)內(nèi)置屬性__mro__，它記錄了方法解析順序。MRO是根據(jù)C3線性化算法生成的，它決定了在多重繼承中調(diào)用方法的順序。當(dāng)對(duì)象進(jìn)行方法調(diào)用的時(shí)候，就會(huì)從類的 mro 當(dāng)中的第一個(gè)類開始尋找，直到最后一個(gè)類為止，當(dāng)?shù)谝淮伟l(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的類有相應(yīng)的方法時(shí)就進(jìn)行返回就調(diào)用這個(gè)類的這個(gè)方法。

Super 類的的簽名為 class super(type, object_or_type=None)，這個(gè)類返回的是一個(gè) super 對(duì)象，也是一個(gè)代理對(duì)象，當(dāng)使用這個(gè)對(duì)象進(jìn)行方法調(diào)用的時(shí)候，這個(gè)調(diào)用會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給 type 父類或同級(jí)類。object_or_type 參數(shù)的作用是用于確定要搜索的方法解析順序（也就是通過object_or_type得到具體的 mro），對(duì)于方法的搜索從 type 后面的類開始。

例如，如果 的 object_or_type 的 mro 是 D -> B -> C -> A -> object 并且type的值是 B ，則進(jìn)行方法搜索的順序?yàn)?code>C -> A -> object ，因?yàn)樗阉魇菑?type 的下一個(gè)類開始的。

下面我們使用一個(gè)例子來(lái)實(shí)際體驗(yàn)一下：

class A:
	def __init__(self):
		super().__init__()
	def method(self):
		print("In method of A")
class B(A):
	def __init__(self):
		super().__init__()
	def method(self):
		print("In method of B")
class C(B):
	def __init__(self):
		super().__init__()
	def method(self):
		print("In method of C")
if __name__ == '__main__':
	print(C.__mro__)
	obj = C()
	s = super(C, obj)
	s.method()
	s = super(B, obj)
	s.method()

上面的程序輸出結(jié)果為：

(<class '__main__.C'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.A'>, <class 'object'>)
In method of B
In method of A

在上面的代碼當(dāng)中繼承順序?yàn)?，C 繼承 B，B 繼承 A，C 的 mro 為，(C, B, A, object)，super(C, obj) 表示從 C 的下一個(gè)類開始搜索，因此具體的搜索順序?yàn)?( B, A, object)，因此此時(shí)調(diào)用 method 方法的時(shí)候，會(huì)調(diào)用 B 的 method 方法，super(B, obj) 表示從 B 的下一個(gè)類開始搜索，因此搜索順序?yàn)?(A, object)，因此此時(shí)調(diào)用的是 A 的 method 方法。

Super 和棧幀的關(guān)系

在上一小節(jié)當(dāng)中我們?cè)谑褂?super 進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，都是給了 super 兩個(gè)參數(shù)，但是需要注意的是我們?cè)谝粋€(gè)類的 __init__方法當(dāng)中并沒有給 super 任何參數(shù)，那么他是如何找到 super 需要的兩個(gè)參數(shù)呢？

這其中的魔法就是在 Super 類對(duì)象的初始化會(huì)獲取當(dāng)前棧幀的第一個(gè)參數(shù)對(duì)象，這個(gè)就是對(duì)應(yīng)上面的 object_or_type 參數(shù)，type 就是局部變量表當(dāng)中的一個(gè)參數(shù) __class__，我們可以通過查看類方法的局部變量去驗(yàn)證這一點(diǎn)：

import inspect
class A(object):
	def __init__(self):
		super().__init__()
		print(inspect.currentframe().f_locals)
	def bar(self):
		pass
	def foo(self):
		pass
class Demo(A):
	def __init__(self):
		super().__init__()
		print(inspect.currentframe().f_locals)
	def bar(self):
		super().bar()
		print(inspect.currentframe().f_locals)
	def foo(self):
		print(inspect.currentframe().f_locals)
if __name__ == '__main__':
	demo = Demo()
	demo.bar()
	demo.foo()

上面的代碼輸出結(jié)果為：

{'self': <__main__.Demo object at 0x103059040>, '__class__': <class '__main__.A'>}
{'self': <__main__.Demo object at 0x103059040>, '__class__': <class '__main__.Demo'>}
{'self': <__main__.Demo object at 0x103059040>, '__class__': <class '__main__.Demo'>}
{'self': <__main__.Demo object at 0x103059040>}

從上面的例子我們可以看到當(dāng)我們進(jìn)行方法調(diào)用且方法當(dāng)中有 super 的使用時(shí)，棧幀的局部變量表當(dāng)中會(huì)多一個(gè)字段 __class__，這個(gè)字段表示對(duì)應(yīng)的類，比如在 Demo 類當(dāng)中，這個(gè)字段就是 Demo，在類 A 當(dāng)中這個(gè)字段就是 A 。為什么要進(jìn)行這樣的處理呢，這是因?yàn)樾枰{(diào)用相應(yīng)位置類的父類方法，因此所有的使用 super 的位置的 type 都必須是所在類。而在前面我們已經(jīng)說明了object_or_type 表示的是棧幀當(dāng)中的第一個(gè)參數(shù)，也就是對(duì)象 self，這一點(diǎn)從上面的局部變量表也可以看出來(lái)，通過這個(gè)對(duì)象我們可以知道對(duì)象本身的 mro 序列了。在 super 得到兩個(gè)參數(shù)之后，也就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能了。

CPython的實(shí)現(xiàn)

在本小節(jié)當(dāng)中我們來(lái)仔細(xì)看一下 CPython 內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn) super 類的，首先來(lái)看一下他的 __init__ 方法（刪除了error checking 代碼）：

static int
super_init(PyObject *self, PyObject *args, PyObject *kwds)
{
    superobject *su = (superobject *)self;
    PyTypeObject *type = NULL; // 表示從哪個(gè)類的后面開始查詢，含義和 上文當(dāng)中的 type 一樣
    PyObject *obj = NULL; // 表示傳遞過來(lái)的對(duì)象
    PyTypeObject *obj_type = NULL; // 表示對(duì)象 obj 的類型
    // 獲取 super 的兩個(gè)參數(shù) type 和 object_or_type
    if (!PyArg_ParseTuple(args, "|O!O:super", &PyType_Type, &type, &obj))
        return -1;
    if (type == NULL) {
        /* Call super(), without args -- fill in from __class__
           and first local variable on the stack. */
        PyFrameObject *f;
        PyCodeObject *co;
        Py_ssize_t i, n;
        f = _PyThreadState_GET()->frame; // 得到當(dāng)前棧幀
        // 棧幀的第一個(gè)參數(shù)表示對(duì)象
        obj = f->f_localsplus[0];
        if (obj == NULL && co->co_cell2arg) {
            /* The first argument might be a cell. */
            n = PyTuple_GET_SIZE(co->co_cellvars);
            for (i = 0; i < n; i++) {
                if (co->co_cell2arg[i] == 0) {
                    PyObject *cell = f->f_localsplus[co->co_nlocals + i];
                    assert(PyCell_Check(cell));
                    obj = PyCell_GET(cell);
                    break;
                }
            }
        }
        if (co->co_freevars == NULL)
            n = 0;
        else {
            assert(PyTuple_Check(co->co_freevars));
            n = PyTuple_GET_SIZE(co->co_freevars);
        }
        // 下面的代碼表示獲取 type 對(duì)象，也就是從局部變量表當(dāng)中獲取到 __class__ 
        for (i = 0; i < n; i++) {
            PyObject *name = PyTuple_GET_ITEM(co->co_freevars, i);
            assert(PyUnicode_Check(name));
            if (_PyUnicode_EqualToASCIIId(name, &PyId___class__)) {
                Py_ssize_t index = co->co_nlocals +
                    PyTuple_GET_SIZE(co->co_cellvars) + i;
                PyObject *cell = f->f_localsplus[index];
                type = (PyTypeObject *) PyCell_GET(cell);
                break;
            }
        }
    }
    if (obj == Py_None)
        obj = NULL;
    if (obj != NULL) {
        // 這個(gè)函數(shù)是用于獲取 obj 的 type
        obj_type = supercheck(type, obj);
        if (obj_type == NULL)
            return -1;
        Py_INCREF(obj);
    }
    return 0;
}

在上面的代碼執(zhí)行完成之后就得到了一個(gè) super 對(duì)象，之后在進(jìn)行函數(shù)調(diào)用的時(shí)候就會(huì)將對(duì)應(yīng)類的方法和對(duì)象 obj 綁定成一個(gè)方法對(duì)象返回，然后在進(jìn)行方法調(diào)用的時(shí)候就能夠成功調(diào)用了。

class Demo:
	def __init__(self):
		print(super().__init__)
if __name__ == '__main__':
	Demo()

輸出結(jié)果：

<method-wrapper '__init__' of Demo object at 0x100584070>

總結(jié)

super 是 Python 面向?qū)ο缶幊坍?dāng)中非常重要的一部分內(nèi)容，在本篇文章當(dāng)中詳細(xì)介紹了 super 內(nèi)部的工作原理和 CPython 內(nèi)部部分源代碼分析了 super 的具體實(shí)現(xiàn)。在 Python 當(dāng)中 super 的使用方式分為兩種一種是可以直接使用參數(shù)，另外一種是在類的方法當(dāng)中不使用參數(shù)，后者的實(shí)現(xiàn)稍微復(fù)雜一點(diǎn)，他會(huì)從當(dāng)前棧幀和局部變量表當(dāng)中分別取出類對(duì)象和類，作為 super 的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn) super 的功能。

以上就是Python虛擬機(jī)之super超級(jí)魔法的使用和原理詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Python super超級(jí)魔法原理的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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