你真的理解Python中MRO算法吗？[转]

时间 2019-11-06

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【前言】

MRO（Method Resolution Order）：方法解析顺序。
Python语言包含了不少优秀的特性，其中多重继承就是其中之一，可是多重继承会引起不少问题，好比二义性，Python中一切皆引用，这使得他不会像C++同样使用虚基类处理基类对象重复的问题，可是若是父类存在同名函数的时候仍是会产生二义性，Python中处理这种问题的方法就是MRO。python

【历史中的MRO】

若是不想了解历史，只想知道如今的MRO能够直接看最后的C3算法，不过C3所解决的问题都是历史遗留问题，了解问题，才能解决问题，建议先看历史中MRO的演化。
Python2.2之前的版本：金典类（classic class）时代
金典类是一种没有继承的类，实例类型都是type类型，若是经典类被做为父类，子类调用父类的构造函数时会出错。
这时MRO的方法为DFS（深度优先搜索（子节点顺序：从左到右））。算法

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Class A:   # 是没有继承任何父类的
 def __init__(self):
 print "这是金典类"

inspect.getmro（A）能够查看金典类的MRO顺序数据结构

import inspect
class D:
 pass

class C(D):
 pass

class B(D):
 pass

class A(B, C):
 pass

if __name__ == '__main__':
 print inspect.getmro(A)
 
>> (<class __main__.A at 0x10e0e5530>, <class __main__.B at 0x10e0e54c8>, <class __main__.D at 0x10e0e53f8>, <class __main__.C at 0x10e0e5460>)

MRO的DFS顺序以下图：ide

两种继承模式在DFS下的优缺点。
第一种，我称为正常继承模式，两个互不相关的类的多继承，这种状况DFS顺序正常，不会引发任何问题；函数

第二种，棱形继承模式，存在公共父类（D）的多继承（有种D字一族的感受），这种状况下DFS一定通过公共父类（D），这时候想一想，若是这个公共父类（D）有一些初始化属性或者方法，可是子类（C）又重写了这些属性或者方法，那么按照DFS顺序一定是会先找到D的属性或方法，那么C的属性或者方法将永远访问不到，致使C只能继承没法重写（override）。这也就是为何新式类不使用DFS的缘由，由于他们都有一个公共的祖先object。spa

Python2.2版本：新式类（new-style class）诞生
为了使类和内置类型更加统一，引入了新式类。新式类的每一个类都继承于一个基类，能够是自定义类或者其它类，默认承于object。子类能够调用父类的构造函数。code

这时有两种MRO的方法
1. 若是是金典类MRO为DFS（深度优先搜索（子节点顺序：从左到右））。
2. 若是是新式类MRO为BFS（广度优先搜索（子节点顺序：从左到右））。对象

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Class A(object):   # 继承于object
 def __init__(self):
 print "这是新式类"

1	A.__mro__ 能够查看新式类的顺序

MRO的BFS顺序以下图：
排序

两种继承模式在BFS下的优缺点。
第一种，正常继承模式，看起来正常，不过实际上感受很别扭，好比B明明继承了D的某个属性（假设为foo），C中也实现了这个属性foo，那么BFS明明先访问B而后再去访问C，可是为何foo这个属性会是C？这种应该先从B和B的父类开始找的顺序，咱们称之为单调性。继承

第二种，棱形继承模式，这种模式下面，BFS的查找顺序虽然解了DFS顺序下面的棱形问题，可是它也是违背了查找的单调性。

由于违背了单调性，因此BFS方法只在Python2.2中出现了，在其后版本中用C3算法取代了BFS。

Python2.3到Python2.7：金典类、新式类和平发展
由于以前的BFS存在较大的问题，因此从Python2.3开始新式类的MRO取而代之的是C3算法，咱们能够知道C3算法确定解决了单调性问题，和只能继承没法重写的问题。C3算法具体实现稍后讲解。

MRO的C3算法顺序以下图：看起简直是DFS和BFS的合体有木有。可是仅仅是看起来像而已。

Python3到至今：新式类一统江湖
Python3开始就只存在新式类了，采用的MRO也依旧是C3算法。

【神奇的算法C3】

C3算法解决了单调性问题和只能继承没法重写问题，在不少技术文章包括官网中的C3算法，都只有那个merge list的公式法，想看的话网上不少，本身能够查。可是从公式很难理解到解决这个问题的本质。我通过一番思考后，我讲讲我所理解的C3算法的本质。若是错了，但愿有人指出来。

假设继承关系以下(官网的例子)：

class D(object):
 pass

class E(object):
 pass

class F(object):
 pass

class C(D, F):
 pass

class B(E, D):
 pass

class A(B, C):
 pass

if __name__ == '__main__':
 print A.__mro__

首先假设继承关系是一张图（事实上也是），咱们按类继承是的顺序（class A(B, C)括号里面的顺序B，C），子类指向父类，构一张图。

咱们要解决两个问题：单调性问题和不能重写的问题。
很容易发现要解决单调性，只要保证从根(A)到叶(object)，从左到右的访问顺序便可。
那么对于只能继承，不能重写的问题呢？先分析这个问题的本质缘由，主要是由于先访问了子类的父类致使的。那么怎么解决只能先访问子类再访问父类的问题呢？若是熟悉图论的人应该能立刻想到拓扑排序，这里引用一下百科的的定义:

对一个有向无环图(Directed Acyclic Graph简称DAG)G进行拓扑排序，是将G中全部顶点排成一个线性序列，使得图中任意一对顶点u和v，若边(u,v)∈E(G)，则u在线性序列中出如今v以前。一般，这样的线性序列称为知足拓扑次序(Topological Order)的序列，简称拓扑序列。简单的说，由某个集合上的一个偏序获得该集合上的一个全序，这个操做称之为拓扑排序。

由于拓扑排序确定是根到叶（也不能说是叶了，由于已经不是树了），因此只要知足从左到右，获得的拓扑排序就是结果，关于拓扑排序算法，大学的数据结构有教，这里不作讲解，不懂的能够自行谷歌或者翻一下书，建议了解完算法再往下看。

那么模拟一下例子的拓扑排序：首先找入度为0的点，只有一个A，把A拿出来，把A相关的边剪掉，再找下一个入度为0的点，有两个点（B,C）,取最左原则，拿B，这是排序是AB，而后剪B相关的边，这时候入度为0的点有E和C，取最左。这时候排序为ABE，接着剪E相关的边，这时只有一个点入度为0，那就是C，取C，顺序为ABEC。剪C的边获得两个入度为0的点（DF），取最左D，顺序为ABECD，而后剪D相关的边，那么下一个入度为0的就是F，而后是object。那么最后的排序就为ABECDFobject。

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对比一下 A.__mro__的结果

(<class '__main__.A'>, <class '__main__.B'>, <class '__main__.E'>, <class '__main__.C'>, <class '__main__.D'>, <class '__main__.F'>, <type 'object'>)

彻底正确！
本应该就这里完了，可是后期一些细心的读者仍是发现了问题。以上算法并不彻底正确。感谢 @Tiger要好好写论文指出。
下面咱们来看看这个问题：Tiger指出了两点，一点是图中左右顺序比较难区分，还有一点是某种不可序列化的状况下，个人算法会有一些问题，针对这两点我作了改进。
先来看看出错的状况：

class A(object):
 pass

class B(object):
 pass

class C(A, B):
 pass

class D(B, A):
 pass

class E(C, D):
 pass

构成对应的图，以下其中橙色的线是改进的地方。

若是使用原来的算法，咱们搞不清楚A和B谁在左边谁在右边，因此会选择其中之一,继续拓扑下去，其实这里已是有歧义了不可以解析出正确的顺序，应该报错，这使我从新思考了左右的问题。
咱们能够发现其中左右问题无非出如今两种状况，第一种状况是：图中E先继承C,再继承D；第二种状况是：先继承C的基类，再去继承D。针对这两种状况给出的方案就是图中添加的橙色的边，表示的是第一种状况的顺序问题,好比C->D,就是表示E(C,D>中的继承顺序。
那么第二种状况怎么保证先C的基类，而后再考虑D呢。咱们能够这么作，若是出现多个入度为0的点，咱们先找是刚刚剪出来的点的基类的点。这里能够看以前官网的那个例子，在E点和C点选择的时候，由于E是B的基类点，因此先选它，其实这也很容易实现，只须要记录下每一个节点的子类点（可能有多个）。
那么左右的问题也就解决了。

原文地址：http://xymlife.com/2016/05/22/python_mro/