今天要談的ABC不是American Born Chinese的'ABC'，而是Python的一個模組：abstract base classes，以及其背後的abstract classes觀念。

Abstract Classes的定義和長相

• 在物件導向程式設計的繼承體系中，有時候父類別定義了一些方法，卻不實作，要將這些方法的內容留給繼承它的子類別來「完成遺願」。父類別這些「只有包子的皮而無包子的餡」的方法，稱為「抽象方法」(abstract methods)。

• 類別中只要有一個抽象方法，該類別就自動成為「抽象類別」(abstract class)。

• 抽象類別(方法)可以視作其子類別的「藍圖」(blueprint)。它「規範」了子類別必須要有某些方法，而且最好實作這些方法。

• 好些物件導向程式語言都有抽象類別機制。然而Python並未在語法層面直接支援，而交由一個在本篇導言提及的abstract base classes模組實作，這個模組內有一個方法，名稱就叫ABC(注意全部大寫)。

• abc模組以裝飾器@abstractmethod來「裝飾」父類別中的抽象方法。

• 以下程式仍以Tree為父類別，共有四個子類別，分別是Hardwood, Conifer, Arbor, 和Shrub。先看類別設計的部分：

  from abc import ABC, abstractmethod
  
  class Tree(ABC):      # 這裡的「樹」採廣義，包括灌木(shrub)。
      def __init__(self, breed: str):
          self.__breed = breed
  
      @property
      def breed(self):
          return self.__breed
  
      @abstractmethod
      def provide_food(self):
          ...
  
      @abstractmethod
      def help_breathe(self):
          ...
  
      @abstractmethod
      def conserve_water(self):
          ...
  
  
  class Hardwood(Tree):    # 闊葉樹
      # overriding abstract method
      def provide_food(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I provide food.')
  
      # overriding abstract method
      def help_breathe(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I help people breathe.')
  
      # overriding abstract method
      def conserve_water(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I conserve water.')
  
  
  class Conifer(Tree):    # 針葉樹
      # overriding abstract method
      def provide_food(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I provide food.')
  
      # overriding abstract method
      def help_breathe(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I help people breathe.')
  
      # overriding abstract method
      def conserve_water(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I conserve water.')
  
  
  class Arbor(Tree):    # 喬木
      # overriding abstract method
      def provide_food(self):
          print(f'Hi, I am an {__class__.__name__} {self.breed}.  I provide food.')
  
      # overriding abstract method
      def help_breathe(self):
          print(f'Hi, I am an {__class__.__name__} {self.breed}.  I help people breathe.')
  
      # overriding abstract method
      def conserve_water(self):
          print(f'Hi, I am an {__class__.__name__} {self.breed}.  I conserve water.')
  
  
  class Shrub(Tree):     # 灌木
      # overriding abstract method
      def provide_food(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I provide food.')
  
      # overriding abstract method
      def help_breathe(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I help people breathe.')
  
      # overriding abstract method
      def conserve_water(self):
          print(f'Hi, I am a {__class__.__name__} {self.breed}.  I conserve water.')
  

• 說明：

  • abc不須pip install，直接用之可也。
  • 要from abc import ABC, abstractmethod。
  • 父類別Tree須繼承自ABC(所以ABC顯然也是個類別)。
  • Tree定義了三個方法：provide_food(), help_breathe(), 和conserve_water()。這三個方法都沒有實作(內容是...Ellipsis)。
  • 三個方法都加了@abstractmethod裝飾器，成為抽象方法。
  • 四個繼承自Tree的子類別，都以筆者之前介紹過的overriding技術，「覆寫」了父類別的抽象方法。

• 測試程式如下：

  tree1 = Hardwood('teak')
  tree1.provide_food()
  tree1.help_breathe()
  tree1.conserve_water()
  print()
  tree2 = Conifer('cedar')
  tree2.provide_food()
  tree2.help_breathe()
  tree2.conserve_water()
  print()
  tree3 = Arbor('banyan')
  tree3.provide_food()
  tree3.help_breathe()
  tree3.conserve_water()
  print()
  tree4 = Shrub('jasmine')
  tree4.provide_food()
  tree4.help_breathe()
  tree4.conserve_water()
  

• 輸出如下：
  

為甚麼需要Abstract Classes?

• 父類別定義了抽象類別，就好比定義了一組Application Program Interface(API)，規範子類別必須遵守。
• API規範好之後，外界third-party第三方軟體(例如外掛程式等)就有了設計準則，只要依照準則實作出內容即可。
• 大型專案中，定義抽象類別可以幫助團隊成員不致遺漏某些方法。

父類別不加@abstractmethod會怎樣？

• 其實父類別也可以不加@abstractmethod裝飾器：

  from abc import ABC, abstractmethod
  
  class Tree(ABC):      # 這裡的「樹」採廣義，包括灌木(shrub)。
      def __init__(self, breed: str):
          self.__breed = breed
  
      @property
      def breed(self):
          return self.__breed
  
      # @abstractmethod
      def provide_food(self):
          ...
  
      # @abstractmethod
      def help_breathe(self):
          ...
  
      # @abstractmethod
      def conserve_water(self):
          ...
  

• 不加@abstractmethod裝飾器的版本，上面的測試程式的結果是一樣的。

• 那麼這個裝飾器作用何在？以目前筆者粗淺的了解(肯定有遺漏地方)，如果所有方法都不加裝裝飾(也就是該類別不是抽象類別)，下面的程式碼：

  tree = Tree('cedar')
  print(f'{tree.breed = }')
  

  會輸出：
  

• 但只要父類別中有任一方法宣告了抽象，例如下面的provide_food()方法：

  from abc import ABC, abstractmethod
  
  class Tree(ABC):      # 這裡的「樹」採廣義，包括灌木(shrub)。
      def __init__(self, breed: str):
          self.__breed = breed
  
      @property
      def breed(self):
          return self.__breed
  
      @abstractmethod
      def provide_food(self):
          ...
  
      # @abstractmethod
      def help_breathe(self):
          ...
  
      # @abstractmethod
      def conserve_water(self):
          ...
  

  跑同樣的測試碼時：

  try: 
      tree = Tree('cedar')
      print(f'{tree.breed = }')
  except Exception as e:
      print(str(e))
  

  會產生以下的異常(exception)：
  

• 也就是說，一旦成為抽象類別，就只能被別人繼承，自己無法建立實例了。