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Python: Callable、Protocol、ABCMETA+abstractmethod对比

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已于 2025年06月01日 23:56 修改 访问次数：0


这是一个非常经典的问题，涉及 Python 中三种定义接口或行为规范的方式：

  • Callable：用于标注函数/可调用对象类型。
  • Protocol：结构化类型接口，支持鸭子类型和灵活的行为描述。
  • ABCMeta + @abstractmethod：正式的抽象基类机制，强调显式继承和实现检查。


🧩 总览对比

特性CallableProtocolABCMeta + @abstractmethod
定义用途指定函数签名类型定义接口规范（属性、方法等）定义抽象类，强制子类实现方法
是否强制继承❌（结构化）❌（结构化）✅ 必须显式继承
是否支持属性❌✅✅
是否支持多方法接口❌✅✅
运行时类型检查（isinstance）❌✅（@runtime_checkable）支持✅
面向鸭子类型❌✅❌（基于继承）
是否支持抽象类验证❌❌✅（子类必须实现所有抽象方法）
使用版本要求Python 3.5+Python 3.8+（或 3.7 via backport）Python 2.7+（推荐 Python 3+）


🎯 用途场景对比

场景推荐方式
需要声明一个函数类型（如：回调、策略）✅ Callable
需要接收“函数”或“实现了 call 的类”✅ Protocol
希望函数对象还包含 name/version 等属性✅ Protocol
希望显式约束类必须实现某些方法✅ ABCMeta + @abstractmethod
插件系统、策略模式，结构接口不强制继承✅ Protocol
框架设计中需要强制子类实现完整接口✅ ABCMeta


🔬 实例对比

我们来设计一个“打折策略”的例子：


✅ Callable 示例（函数签名）

from typing import Callable
from decimal import Decimal

class Order:
    total = Decimal('100.0')

DiscountStrategy = Callable[[Order], Decimal]

def ten_percent(order: Order) -> Decimal:
    return order.total * Decimal('0.1')

📌 只能表示函数，不能拥有属性、多个方法。


✅ Protocol 示例（鸭子类型 + call）

from typing import Protocol, runtime_checkable

class Order:
    total = 100.0

@runtime_checkable
class DiscountStrategy(Protocol):
    def __call__(self, order: Order) -> float: ...
    name: str

class TenPercent:
    name = "10% off"
    def __call__(self, order: Order) -> float:
        return order.total * 0.1

promo = TenPercent()
assert isinstance(promo, DiscountStrategy)  # ✅ 运行时检查

📌 可扩展：支持多个方法、属性，可用于类或函数。


✅ ABCMeta + abstractmethod 示例（强制继承）

from abc import ABC, abstractmethod

class DiscountStrategy(ABC):
    @abstractmethod
    def apply(self, order: Order) -> float:
        pass

class TenPercent(DiscountStrategy):
    def apply(self, order: Order) -> float:
        return order.total * 0.1

# TenPercent 不实现 apply 会报错：Can't instantiate abstract class

📌 继承结构清晰，适合框架内部强约束接口。


✅ 总结：三者何时使用？

你想做的事情选择方法
快速传一个函数进来作为参数Callable
希望支持函数或类对象，且具备结构性Protocol
接口中包含属性/方法组合，面向行为结构Protocol
定义正式抽象接口，强制所有子类实现ABC + @abstractmethod
需要 isinstance(obj, Interface) 的语义支持Protocol with @runtime_checkable
希望写插件框架，接收各种灵活对象Protocol


✅ 最终建议

| 简洁函数签名        | 用 Callable              |

| 结构化可调用对象     | 用 Protocol + __call__   |

| 接口+属性/行为组合   | 用 Protocol              |

| 面向继承强约束       | 用 ABCMeta + @abstractmethod |


如果你告诉我你的具体使用场景（如策略模式、插件系统、验证接口、异步任务等），我可以给出更具体的推荐和模板。需要吗？

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