python中的继承冲突及继承顺序

简单的菱形继承

设计类如下

设计代码：

class Animal(object):def __init__(self, age: int = None, gender: int = None) -> None:print("Call the constructor of Animal.")self.m_age = ageself.m_gender = genderself.m_name = "Animal"print("Ends the call to Animal's constructer.")passdef eat(self):print("Animal is eating")def sleep(self):print("Animal is sleeping")class Tiger(Animal):def __init__(self, age: int = None, gender: int = None) -> None:print("Call the constructor of Tiger.")self.m_name = "Tiger"super().__init__(age, gender)print("Ends the call to Tiger's constructer.")def eat(self):print("Tiger is eating")passclass Lion(Animal):def __init__(self, age: int = None, gender: int = None) -> None:print("Call the constructor of Lion.")self.m_name = "Lion"super().__init__(age, gender)print("Ends the call to Lion's constructer.")def eat(self):print("Lion is eating")def sleep(self):print("Lion is sleeping")passclass Liger(Tiger, Lion):def __init__(self, age: int = None, gender: int = None) -> None:super().__init__(age, gender)passif __name__ == '__main__':liger = Liger(8, 1) #实例化一个`Liger`print(Liger.__mro__)print(liger.m_name)liger.eat()liger.sleep()

运行输出为：

Call the constructor of Tiger.
Call the constructor of Lion.
Call the constructor of Animal.
Ends the call to Animal's constructer.
Ends the call to Lion's constructer.
Ends the call to Tiger's constructer.
(<class '__main__.Liger'>, <class '__main__.Tiger'>, <class '__main__.Lion'>, <class '__main__.Animal'>, <class 'object'>)
Animal
Tiger is eating
Lion is sleeping

• 继承顺序：通过构造函数的打印顺序和Liger的mro（显示继承顺序）可以看到，继承顺序为Liger -> Tiger -> Lion -> Animal。多继承时，继承顺序一般为从左到右，从下到上。
• 同名变量：Animal，Tiger，Lion的初始化函数中都初始化了m_name变量，却并没有同C++中的继承冲突一样出现多份m_name的拷贝，而是只对Liger的实例liger进行动态地修改同一块内存地址，由于Animal的初始化函数最后被调用，所以m_name赋值为Animal。
• 同名函数：
  • 对于Liger的两父类Tiger，Lion和其祖先Animal都定义过的函数eat，Liger类总是选择最左父类的同名函数，所以调用Liger.eat()得到的是Tiger.eat()。
  • 而如果并不是所有父类都定义过的函数，子类在类型树上从左到右寻找第一个定义过该函数的父类。例如Liger.sleep()，Tiger中并未定义sleep()，所以找到了后面的Lion.sleep()。

小结：对于简单的菱形继承，可以大致认为其是在类型树上按照"从左到右，从上到下"的广度优先遍历顺序查找成员的。

复杂的菱形继承

对于复杂的菱形继承，有时候按照上面的广度优先遍历类型树得到的继承顺序并不正确。例如：

这时如果使用广度优先遍历得到的继承顺序为：M A B Z X Y object。

运行如下Python代码得到的继承顺序为：

class X(object):passclass Y(object):passclass Z(object):passclass A(X, Y):passclass B(Y, Z):passclass M(A, B, Z):passprint(M.mro())

# [<class '__main__.M'>,
<class '__main__.A'>,
<class '__main__.X'>,
<class '__main__.B'>,
<class '__main__.Y'>,
<class '__main__.Z'>,
<class 'object'>]

继承顺序为M A X B Y Z object。

查阅资料得知，这是因为在Python2.3以后的版本，类的继承顺序求法采用了C3算法，以保证继承的单调性原则。（子类不能改变基类的MRO搜索顺序）

MRO C3 算法

算法原理

C3（C3 linearization）算法实现保证了三种重要特性：

• 继承拓扑图的一致性。
• 局部优先原则。
• 单调性原则。

在C3算法中，把L[C]定义为类C的的linearization值(也就是MRO里的继承顺序，后面简称L值)，计算逻辑如下：
L[C] = C + merge of linearization of parents of C and list of parents of C in the order they are inherited from left to right. \text{L[C] = C + merge of linearization of parents of C and list of parents of C in the order they are inherited from left to right.} L[C] = C + merge of linearization of parents of C and list of parents of C in the order they are inherited from left to right.
即L[C]是所有父类的L值的merge。

运算规则为：
L [ C ( B 1 . . . B n ) ] = C + m e r g e ( L [ B 1 ] , . . . , L [ B N ] , B 1 . . . B N ) L [ o b j e c t ] = o b j e c t \begin{aligned} L[C(B_1...B_n)]&=C+merge(L[B_1],...,L[B_N],B_1...B_N)\\ L[object]&=object \end{aligned} L[C(B1​...Bn​)]L[object]​=C+merge(L[B1​],...,L[BN​],B1​...BN​)=object​
其中 C C C多继承父类 B 1 . . B N B_1..B_N B1​..BN​。

m e r g e merge merge的运算方法如下：

1. 对于merge的参数列表，从左到右检查每个参数的第一个元素，记为H。
2. 如果H不出现在其它参数中，或者出现在某个参数中且是该参数第一个元素（头），则从所有列表中删去H并添加到C的后面形成C1。（即H不被C的所有父类继承，以保证L值的单调性）

重复上述步骤直至列表为空或者不能找出可以输出的元素。

算法例子

拿上面的继承来举例：

从上至下一次计算object,X,Y,Z,A,B,M的继承顺序：

L[object] = O(object)。

L[X] = X + merge(L[object]) = X + O = XO，同理L[Y] = YO，L[Z] = ZO。

L[A] = A+merge(L[X],L[Y],XY)= A + merge(XO,YO,XY) = AX + merge(O,YO,Y)= AXY + merge(O,O)= AXYOL[B] = B + merge(L[Y],L[Z],YZ)= B + merge(YO,ZO,YZ)= BY + merge(O,ZO,Z)= BYZ + merge(O,O)= BYZO

然后是M的继承顺序计算：

L[M] = M + merge(L[A],L[B],L[Z],ABZ)= M + merge(AXYO,BYZO,ZO,ABZ)= MA + merge(XYO,BYZO,ZO,BZ)= MAX + merge(YO,BYZO,ZO,BZ) #第一个参数中Y被第二个参数中的Z继承，所以检查第二个参数的第一个元素即 B= MAXB + merge(YO,YZO,ZO,Z)= MAXBY + merge(O,ZO,ZO,Z) #同样，O被Z继承= MAXBYZ + merge(O,O,O)= MAXBYZO

得到类M的最终继承顺序MAXBYZO。

算法实现

下面是其它资料中找到的Wiki百科上对该算法的Python版本实现：

def c3MRO(cls):if cls is object:# 讨论假设顶层基类为object，递归终止return [object]# 构造C3-MRO算法的总式，递归开始mergeList = [c3MRO(baseCls) for baseCls in cls.__bases__]mergeList.append(list(cls.__bases__))mro = [cls] + merge(mergeList)return mrodef merge(inLists):if not inLists:# 若合并的内容为空，返回空list# 配合下文的排除空list操作，递归终止return []# 遍历要合并的mrofor mroList in inLists:# 取headhead = mroList[0]# 遍历要合并的mro（与外一层相同），检查尾中是否有head### 此处也遍历了被取head的mro，严格地来说不符合标准算法实现### 但按照多继承中地基础规则（一个类只能被继承一次），### head不可能在自己地尾中，无影响，若标准实现，反而增加开销for cmpList in inLists[inLists.index(mroList) + 1:]:if head in cmpList[1:]:breakelse:# 筛选出好headnextList = []for mergeItem in inLists:if head in mergeItem:mergeItem.remove(head)if mergeItem:# 排除空listnextList.append(mergeItem)# 递归开始return [head] + merge(nextList)else:# 无好head，引发类型错误raise TypeError

测试：

class A(object):pass
class B(object):pass
class C(object):pass
class E(A,B):pass
class F(B,C):pass
class G(E,F):passprint([i.__name__ for i in c3MRO(G)])

输出结果：

['G', 'E', 'A', 'F', 'B', 'C', 'object']

参考资料

1. 带你吃透python的多重继承顺序
2. Python MRO方法解析顺序详解
3. Python多重继承问题-MRO和C3算法

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