Python的Mixins机制

大多数面向对象语言都不支持多重继承，因为这会导致菱形问题，而 Python 虽然形式上支持多重继承，但其实现机制却是利用 mixin，从而有效地避免了菱形问题。

一、什么是 mixin

Mixin本意是混入，程序中用来将不同功能(functionality)组合起来，从而为类提供多种特性。而虽然继承(inheritance)也可以实现多种功能，但继承一般有从属关系，即子类通常是父类更加具体的类。而 mixin 则更多的是功能上的组合，因而相当于是接口（带实现的接口）。

好比是联想电脑与电脑之间是继承关系，因而联想电脑具备电脑的各种功能；而联想电脑与键盘之间则是 mixin 关系，同样也具备键盘的各种功能。

一般编程语言都不允许多重继承，主要是为了避免菱形问题，即两个父类如果有共同的祖父类，但对祖父类相同部分做了不同的修改，则这个类再继承两个父类就会产生冲突。

类似于 git 版本控制中，如果两个人对同一段代码做了不同的修改，则合并时就需要手动解决冲突。编程语言如果碰到 diamond problem 时依赖程序员决定用哪个父类的特性，就会变得非常复杂而且容易产生歧义。

从上面分析可以看出其实单从功能上来说，完全可以用 mixin 取代继承，从而可以不要类这个概念。最近几年新出的编程语言 Rust 和Go里面就没有类 (class)以及继承，但并不影响代码复用，它们也正是利用 mixin 这种机制实现的代码复用，例如 Rust 中用特征(Trait)取代了类和接口。

两种观点其实是两种不同的世界观，目前类与继承的概念则更为流行，而且符合人们对事物的认知：人们对白猫、黑猫、花猫观察后更容易抽象出猫的概念，而不是将这些事物作为无规律的组合去看待。

二、Python 中的 mixin

理解了 mixin 概念之后，再将其运用到 Python 中，理解（形式上）多重继承就会容易许多。python 对于 mixin 命名方式一般以 MixIn, able, ible 为后缀

由于 mixin 是组合，因而是做加法，为已有的类添加新功能，而不像继承一样下一级会覆盖上一级相同的属性或方法，但在某些方面仍然表现得与继承一样，例如类的实例也是每个 mixin 的实例。mixin 使用不当会导致类的命名空间污染，所以要尽量避免 mixin 中定义相同方法，对于相同的方法，有时很难区分实例到底使用的是哪个方法。

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class Mixin1(object):def test(self):print("mixin 1")def which_test(self):self.test()class Mixin2(object):def test(self):print("mixin 2")class MyClass1(Mixin1, Mixin2):pass                        # 按从左到右顺序从 mixin 中获取功能并添加到 MyClassclass Myclass2(Mixin1, Mixin2):def test(self):             # 已有 test 方法，因而不会再添加 Mixin1, Mixin2 的 test 方法print("my class 2")c1 = MyClass1()
c1.test()                       # => "mixin 1"
c2 = MyClass2()
c2.test()                       # => "my class 2"
c2.which_test()                 # => "my class 2"
isinstance(c1, Mixin1)          # => True
issubclass(MyClass1, Mixin2)    # => True

Mixin 强调的是功能而不像继承那样包括所有功能和数据域，但利用 mixin 同样也可以实现代码复用，下面这段代码来自Stack Overflow，当然 functools.total_ordering() 装饰器已经提供相同功能了，这里仅用来说明 mixin 实现代码复用。

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class Comparable(object):def __ne__(self, other):return not (self == other)def __lt__(self, other):return self <= other and (self != other)def __gt__(self, other):return not self <= otherdef __ge__(self, other):return self == other or self > otherclass Integer(Comparable):def __init__(self, i):self.i = iclass Char(Comparable):def __init__(self, c):self.c = c

下面是 Python2 中动态加入 mixin 的方法[fn:1]，python3 中已经不支持这种方法了，python3 可能需要借助 type 等元编程工具实现[fn:2]动态 mixin

def MixIn(pyClass, mixInClass, makeLast=0):if mixInClass not in pyClass.__bases__:if makeLast:pyClass.__bases__ += (mixInClass,)else:pyClass.__bases__ = (mixInClass,) + pyClass.__bases

不过尽管动态 mixin 是可能的，但实际使用中要尽量避免这样做，因为可能会使所有使用这个 mixin 的实例出现一些不可预知的问题。

三、Python的mixin 和 Ruby的mixin

Matthew J. Morrison提到的例子表明 Python 的 mixin 并不是纯粹意义上的 mixin，还是带有继承的特点。

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from datetime import datetime, date
import jsonclass Jsonable(object):def date_handler(self, obj):if isinstance(obj, (datetime, date)):return obj.isoformat()def save_json(self, file_name):with open(file_name, 'w') as output:output.write(json.dumps(self.__dict__, default=self.date_handler))class Person(Jsonable):def __init__(self, name, bday):self.name = nameself.bday = bdayif __name__ == '__main__':matt = Person('matt', date(1983, 07, 12))matt.save_json("matt.json")assert issubclass(Person, Jsonable)assert isinstance(matt, Person)assert isinstance(matt, Jsonable)

而 Ruby 的 Mixin 则不带有继承的概念，直接使用 include 引入 mixin。从语义上讲，的确用 include 描述比 inherit 更准确。

require "json"module Jsonabledef jsonifyjson_data = {}self.instance_variables.each do |v|json_data[v.to_s[1..-1]] = self.instance_variable_get(v)endreturn json_data.to_jsonenddef save_json(file_name)File.open(file_name, 'w') {|f| f.write(self.jsonify) }endendclass Personinclude Jsonabledef initialize(name, bday)@name = name@bday = bdayend
endperson = Person.new('name', '07/12/1983')
person.save_json('ruby.json')
raise "not instance" unless person.instance_of? Person
raise "is instance" if person.instance_of? Jsonable
raise "subclass" if Person.is_a? Jsonable