全網最適合入門的物件導向程式設計教程：52 Python 函式方法與介面-Protocol 協議與介面

摘要：

在 Python 中，協議（Protocol）和介面（Interface）是用於定義類和物件之間互動的一種方式，特別是在實現多型性和程式碼可重用性時，協議是一種抽象概念，描述了物件所需實現的方法和屬性，而不關心具體的類或實現。

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文件和程式碼獲取：

可訪問如下連結進行對文件下載：

https://github.com/leezisheng/Doc

本文件主要介紹如何使用 Python 進行物件導向程式設計，需要讀者對 Python 語法和微控制器開發具有基本瞭解。相比其他講解 Python 物件導向程式設計的部落格或書籍而言，本文件更加詳細、側重於嵌入式上位機應用，以上位機和下位機的常見串列埠資料收發、資料處理、動態圖繪製等為應用例項，同時使用 Sourcetrail 程式碼軟體對程式碼進行視覺化閱讀便於讀者理解。

相關示例程式碼獲取連結如下：https://github.com/leezisheng/Python-OOP-Demo

正文

協議 protocol 在 python3.8 開始引入的，協議是抽象基類 (ABC) 的替代方案，作為在語言中定義結構型別或“鴨子型別”的一種方式。協議是物件必須具有的一組方法或屬性，以便被認為與該協議相容。協議使你能夠定義介面，而無需顯式建立類或從特定基類繼承。

協議是使用 typing.Protocol 類或 typing.Protocol 裝飾器定義的。

以下為示例程式碼，首先我們定義一個名為 Printable 的協議，該協議要求物件具有列印方法。 Protocol 類允許我們定義必須由符合協議的物件實現的抽象方法（在本例中為列印）。

from typing import Protocol

class Printable(Protocol):
    def print(self) -> None:
        pass

要實現協議，我們不需要顯式宣告它。相反，我們可以透過實現所需的方法來確保物件符合協議。這是一個例子：在此示例中，Book 類透過提供所需的列印方法來實現 Printable 協議。Book 類的任何例項都可以被視為 Printable 物件。

協議主要用於型別提示和靜態型別檢查。我們可以使用協議作為型別註釋來指示引數或變數必須符合特定協議。這是一個例子：

def print_object(obj: Printable) -> None:
    obj.print()

在此示例中，print_object 函式採用 Printable 型別的引數 obj。這意味著傳遞給此函式的任何物件都必須實現 Printable 協議中定義的 print 方法。

接下來，我們定義一個沒有 print 方法的類

_# 定義CD類，沒有列印方法_
class CD:
    def __init__(self, title: str):
        self.title = title

    def play(self) -> None:
        print(f"play music Title: {self.title}")

接下來，例項化兩個類，並且測試是否能使用 print_object 函式：

book_obj = Book("Piece and Love")
print_object(book_obj)
cd_obj = CD("Piece and Love")
print_object(cd_obj)

執行結果如下：

在 IDE 中實際上也會有相關提示：

實際上，協議的實質含義可以理解為“這個類只要有 xxxx 方法，那麼它就會隱式地成為我的子類”，這個東西主要是給靜態型別檢查工具看的，性質上和 PEP 484 與 PEP 526 是一樣的。我們也可以利用 @typing.runtime_checkable 裝飾器將協議類標記為執行時協議，這種協議可以與 isinstance()和 issubclass()一起使用。當應用於非協議類時，這會引發 TypeError。

_# 匯入協議Protocol_
from typing import Protocol
import typing
_# 定義Printable協議，需要具有列印方法_
@typing.runtime_checkable
class Printable(Protocol):
    def print(self) -> None:
        pass
... ...
_# 建立物件例項_
book_obj = Book("Piece and Love")
print_object(book_obj)
cd_obj = CD("Piece and Love")
_# 型別檢查_
print(isinstance(Book,Printable))
assert isinstance(book_obj,Printable)
print(isinstance(CD,Printable))
assert isinstance(cd_obj,Printable)

執行結果如下：

我們也可以定義組合多個其他協議的協議。以下我們使用序列化方法定義了一個名為 Serialized 的協議。然後我們定義另一個名為 PrintableAndSerializing 的協議，它結合了 Printable 和 Serializing 協議。

class Serializable(Protocol):
    def serialize(self) -> str:
        pass

class PrintableAndSerializable(Printable, Serializable):
    pass

相比抽象基類等方式，協議提供了一種在 Python 中定義結構型別的方法，允許我們建立介面而無需顯式繼承。它們使型別檢查器能夠動態驗證物件是否遵守定義的協議，從而增強程式碼的正確性和可維護性。

全網最適合入門的物件導向程式設計教程：52 Python函式方法與介面-Protocol協議與介面

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