Python的多继承问题-MRO和C3算法

大部分内容转载自C3 线性化算法与 MRO 理解Python中的多继承
Python 中的方法解析顺序（Method Resolution Order, MRO）定义了多继承存在时 Python 解释器查找函数解析的正确方式。当 Python 版本从 2.2 发展到 2.3 再到现在的 Python 3，MRO算法也随之发生了相应的变化。这种变化在很多时候影响了我们使用不同版本 Python 编程的过程。

什么是 MRO

MRO 全称方法解析顺序（Method Resolution Order）。它定义了 Python 中多继承存在的情况下，解释器查找函数解析的具体顺序。什么是函数解析顺序？我们首先用一个简单的例子来说明。请仔细看下面代码：

class A(): def who_am_i(self): print("I am A") class B(A): pass class C(A): def who_am_i(self): print("I am C") class D(B,C): pass d = D()

如果我问在 Python 2 中使用 D 的实例调用 d.who_am_i()，究竟执行的是 A 中的 who_am_i() 还是 C 中的 who_am_i()，我想百分之九十以上的人都会不假思索地回答：肯定是 C 中的 who_am_i()，因为 C 是 D 的直接父类。然而，如果你把代码用 Python 2 运行一下就可以看到 d.who_am_i() 打印的是 I am A。

是不是觉得很混乱很奇怪？感到奇怪就对了！！！

这个例子充分展示了 MRO 的作用：决定基类中的函数到底应该以什么样的顺序调用父类中的函数。可以明确地说，Python 发展到现在，MRO 算法已经不是一个凭借着执行结果就能猜出来的算法了。如果没有深入到 MRO 算法的细节，稍微复杂一点的继承关系和方法调用都能彻底绕晕你。

New-style Class vs. Old-style Class

在介绍不同版本的 MRO 算法之前，我们有必要简单地回顾一下 Python 中类定义方式的发展历史。尽管在 Python 3 中已经废除了老式的类定义方式和 MRO 算法，但对于仍然广泛使用的 Python 2 来说，不同的类定义方式与 MRO 算法之间具有紧密的联系。了解这一点将帮助我们从 Python 2 向 Python 3 迁移时不会出现莫名其妙的错误。

在 Python 2.1 及以前，我们定义一个类的时候往往是这个样子（我们把这种类称为 old-style class)：

class A: def __init__(self): pass

Python 2.2 引入了新的模型对象（new-style class），其建议新的类型通过如下方式定义：

class A(object): def __init__(self): pass

注意后一种定义方式显示注明类 A 继承自 object。Python 2.3 及后续版本为了保持向下兼容，同时提供以上两种类定义用以区分 old-style class 和 new-style class。Python 3 则完全废弃了 old-style class 的概念，不论你通过以上哪种方式书写代码，Python 3 都将明确认为类 A 继承自 object。这里我们只是引入 old-style 和 new-style 的概念，如果你对他们的区别感兴趣，可以自行看 stackoverflow 上有关该问题的解释。

理解 old-style class 的 MRO

我们使用前文中的类继承关系来介绍 Python 2 中针对 old-style class 的 MRO 算法。如果你在前面执行过那段代码，你可以看到调用 d.who_am_i() 打印的应该是 I am A。为什么 Python 2 的解释器在确定 D 中的函数调用时要先搜索 A 而不是先搜索 D 的直接父类 C 呢？

这是由于 Python 2 对于 old-style class 使用了非常简单的基于深度优先遍历的 MRO 算法（关于深度优先遍历，我想大家肯定都不陌生）。当一个类继承自多个类时，Python 2 按照从左到右的顺序深度遍历类的继承图，从而确定类中函数的调用顺序。这个过程具体如下：

检查当前的类里面是否有该函数，如果有则直接调用。

检查当前类的第一个父类里面是否有该函数，如果没有则检查父类的第一个父类是否有该函数，以此递归深度遍历。

如果没有则回溯一层，检查下一个父类里面是否有该函数并按照 2 中的方式递归。

上面的过程与标准的深度优先遍历只有一点细微的差别：步骤 2 总是按照继承列表中类的先后顺序来选择分支的遍历顺序。具体来说，类 D 的继承列表中类顺序为 B, C，因此，类 D 按照先遍历 B 分支再遍历 C 分支的顺序来确定 MRO。

我们继续用第一个例子中的函数继承图来说明这个过程：

按照上述深度递归的方式，函数 d.who_am_i() 调用的搜索顺序是 D, B, A, C, A。由于一个类不能两次出现，因此在搜索路径中去除掉重复出现的 A，得到最终的方法解析顺序是 D, B, A, C。这样一来你就明白了为什么 d.who_am_i() 打印的是 I am A 了。

在 Python 2 中，我们可以通过如下方式来查看 old-style class 的 MRO：

>>> import inspect >>> inspect.getmro(D) 理解 new-style class 的 MRO