python 中Mixin混入類的使用方法詳解

前言

最近在看sanic的原始碼，發現有很多Mixin的類，大概長成這個樣子

class BaseSanic(
    RouteMixin,
    MiddlewareMixin,
    ListenerMixin,
    ExceptionMixin,
    SignalMixin,
    metaclass=SanicMeta,
):

於是對於這種 Mixin 研究了一下，其實也沒什麼新的東西,Mixin 又稱混入，只是一種程式設計思想的體現，但是在使用過程中還是有一些需要注意的地方。 大家都知道，python 是一種允許多繼承的語言，一個類可以繼承多個類，這和java不太一樣，java類只能有一個父類別， 但是java 中有介面的概念，一個類可以實現多個介面，但是java的介面只是定義的函數的簽名，並沒有具體的實現，具體的實現需要相應的類來完成。 python 就不一樣了，一個類可以有多個父類別，而混入類就是這種允許多繼承語言中才有的一種程式設計模式。 為了更好的理解混入，我們舉一個生活中的例子---手機， 手機有很多功能，由不同的硬體組合而成，手機有接打電話，收傳簡訊，上網，聽歌等功能，組裝一臺手機就需要將各種硬體進行拼接。 如果我們把這些功能抽象成類，那麼我們可以有以下寫法，為了簡單一點，只列接打電話，收傳簡訊功能。

class Tel:
    def telfunc(self):
        print("我可以接打電話")
        class SMS:
    def smsfunc(self):
        print("我可以傳簡訊")
        class Phone:
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn

上面的程式碼中， 有三個類，Tel 類，它有一個 telfunc 方法用於表示有接打電話的能力(或者說是功能)， SMS 類有smsfunc表示SMS類有傳簡訊的能力。 而 Phone 這個類才是一個手機類，它應該具有接打電話和傳送簡訊的能力，但是如果我們用上面的方式定義Phone 這個類，則這個類並沒有接打電話和收傳簡訊的能力。 我們可以怎樣做讓Phone這個類可以具有打電話和傳簡訊的能力？ 我們可以在Phone 這個類裡再重新定義二個方法 telfunc和 smsfunc，也就是將Tel類和SMS類裡的方法再寫一遍，這種其實不符合 don't repeate youself的理念。 正常情況下我們是讓Phone這個類繼承Tel類和SMS類，這樣Phone這個類就自動擁有了接打電話和傳簡訊的能力了。

class Tel:
    def telfunc(self):
        print("我可以接打電話")
​class SMS:
    def smsfunc(self):
        print("我可以傳簡訊")
​
​class Phone(Tel, SMS):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn
​    def welcome(self):
        print("welcome {}".format(self.sn))
​p = Phone("xiaomi")
p.telfunc()
p.smsfunc()
p.welcome()
​
'''
我可以接打電話
我可以傳簡訊
welcome xiaomi
'''

像這種類的定義就是我們所說的混入，將通話功能與簡訊功能加入到手機中，讓手機擁有接打電話和傳送簡訊的功能，這種混入的編碼思想有時可以減少很多程式碼量。很方便的根據一個類需要哪些功能就將哪個類“混入”到該類中。 通常情況下，我們會將混入類的命名以Mixin結尾，像上面的程式碼我們會寫成下面這樣

class TelMixin:
    def telfunc(self):
        print("我可以接打電話")
​class SMSMixin:
    def smsfunc(self):
        print("我可以傳簡訊")
​class Phone(TelMixin, SMSMixin):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn
​    def welcome(self):
        print("welcome {}".format(self.sn))

以 Mixin 結尾的類，一般是那種功能比較單一，且一般都是某一型別的功能， 如最開始介紹的sanic混入類 RouteMixin 與路由相關的功能類，MiddlewareMixin 是與中介軟體相關的類，ListenerMixin 是監聽器相關的類，這些類裡的方法專注於自己相關的功能，如果有哪個類需要這些功能，那定義的時候就繼承自這些類。

有人會問了，我不想多繼承，管理MRO 太麻煩了，我只想單繼承，我定義一個統一的父類別，它即有接打電話，也有收傳簡訊的功能，還可以聽歌，然後讓手機來繼承這個類不好嗎？

如下面的程式碼：

class Tel:
    def telfunc(self):
        print("我可以接打電話")
    def smsfunc(self):
        print("我可以傳簡訊")
    def songfunc(self):
        print("我可以放音樂")
​
​class Phone(Tel):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn
​    def welcome(self):
        print("welcome {}".format(self.sn))

首先這種寫法當然是可以的，語法上沒有任何問題，也很好的實現了相應的功能，程式碼量也減少了，但是這裡大家想一個邏輯問題，如果我想造一個ipod類，ipod 這個類沒有接打電話收傳簡訊的功能，只有聽歌的功能，那麼我此時要寫這個類該如何定義？ 是不是要定義一個ipod類，然後再寫它的聽歌方法songfunc，如果此時使用混入的程式設計思想，那麼我們就完全可以定義ipod類的時候 不加入 接打電話和收傳簡訊的類就可以了。

class TelMixin:
    def telfunc(self):
        print("我可以接打電話")
​class SMSMixin:
    def smsfunc(self):
        print("我可以傳簡訊")
        class SongMixin:
    def songfunc(self):
        print("我可以放音樂")
​class Phone(TelMixin, SMSMixin, SongMixin):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn
​class Ipod(SongMixin):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn

如果還有別的什麼類，比如對講機，它只有接打電話的功能，那麼我們就只需要把接打電話的功能混入到對講機類即可, class Intercom(TelMixin):

但是有人又會問了，這樣的混入，雖說少寫了一些程式碼，但是如果子類相應實現並不完全和父類別一致該如何處理？ 如對講機雖然可以通話，但是它是單向通話，並不能雙向通話的。 這時對於子類實現與父類別不一致的情況，那麼就需要子類重寫父類別方法了，也就是OOP中的繼承與多型，嚴格意義上來說, python 並沒有多型，或者說它天然的就是多型。

class TelMixin:
    def telfunc(self):
        print("我可以接打電話")
​class SMSMixin:
    def smsfunc(self):
        print("我可以傳簡訊")
​class SongMixin:
    def songfunc(self):
        print("我可以放音樂")
​class Intercom(TelMixin):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn
​    def telfunc(self):
        print("對講機{} 的通話".format(self.sn))
​class Phone(TelMixin, SMSMixin, SongMixin):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn
​class Ipod(SongMixin):
    def __init__(self, sn):
        self.sn = sn
​def testTelfunc(o):
    o.telfunc()
d = Intercom("moto")
p = Phone("huawei")
ipod = Ipod("apple")
testTelfunc(d)
testTelfunc(p)
testTelfunc(ipod)

以上程式碼，我們重寫了對講機類的telfunc 方法，但是並沒有對Ipod類實現通話功能, 然後寫了一個testTelfunc(o) 方法來呼叫傳入引數的通話功能,

得到以下輸出：

#對講機moto 的通話
#我可以接打電話
Traceback (most recent call last):
  File "/Users/yyx/test/test.py", line 54, in <module>
    testTelfunc(ipod)
  File "/Users/yyx/test/test.py", line 46, in testTelfunc
    o.telfunc()
AttributeError: 'Ipod' object has no attribute 'telfunc'

當給testTelfunc 傳入的是對講機Intercom 物件時，由於該類重寫了telfunc方法，所以這裡呼叫的是該子類的telfunc方法，當傳入的是Phone類物件時，由於該類繼承了TelMixin類，且沒有重寫telfunc方法，所以這裡會呼叫TelMixin類中的telfunc 方法，但是當傳入的是Ipod類時，這個類既沒有繼承TelMixin，也沒有自己的telfunc方法，所以就崩潰了。這也是一種另類的多型體現吧，只是它沒有像java中的那麼嚴格。

Mixin 與繼承的區別

說了那麼多的Mixin混入，其實它本質上就是繼承，只是這種繼承是存在於允許多繼承的程式語言中，如果說區別，本質上也沒有什麼區別，如果硬是要說些區別，其實也是有一點點。

• 首先，Mixin 類最好不要有初始化方法，也就是 __init__ 方法，因為如果Mixin類定義了初始化方法，那麼在子類中也最好呼叫一下父類別也就是混入類的初始方法super().__init__(),當然不呼叫也沒關係，IDE 只會給你一個提示，語法上並沒有什麼錯誤。
• Mixin 類最好不要單獨的範例化，因為混入類的設計初衷就是要讓子類來繼承的，然後子類可以豐富混入類的功能，混入類只是為了讓子類擁有某些功能而來的。
• Mixin 類最好是某一類功能的合集，比如上面sanic 原始碼中的 RouteMixin 混入類，它只定義與路由相關的功能方法，這樣的好處是，不會有同名的方法，如果混入類中有同名的方法，那麼就給自己找麻煩了，排查問題也不太好排查，其實這個也是比單繼承自一個類方便的地方。

說了那麼多Mixin 的好處，它有什麼不好的地方嗎？ 其實在我看來，有一個問題，也說不上是不好，只是習慣問題，以前寫程式碼還是寫單繼承多一些，並不太習慣這種多繼承的方式，不過如果一切都按照相應的規則來操作也不是什麼大問題。 還有一個問題就是功能的拆分，這個很是考驗程式設計人員在設計程式碼之初整體把握能力，就像單體應用想要拆分成微服務，邊界問題可能是開始時最頭疼的，拆細了吧，會寫出很多類，拆粗了吧，就又回到單繼承的思維模式了，所以這個也是個經驗問題吧。

總結

Mixin 混入也可以說是程式設計模式，並不是什麼新的語法，用好混入類可以使自己的程式碼結構清晰，功能明瞭，所以以後在設計類時要多考慮使用Mixin混入類的實現方式。

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