@abstractmethod 是 Python 標準庫中的一個裝飾器，位於 abc 模組內，用來定義 抽象方法 (abstract methods)。抽象方法是指必須在子類別中實作的方法，而在基類 (abstract base class, ABC) 中只能定義方法名稱和規範，不能有具體的實作內容。

使用 @abstractmethod 可以確保某些方法在子類別中被實作，否則子類別無法被實例化。

1. 為什麼使用 @abstractmethod？

• 強制規範子類別行為：定義出子類別必須實作的方法，確保程式的一致性。
• 設計更清晰的接口：提供方法簽名的模板，指導子類別的開發。
• 避免基類被實例化：基類僅作為框架存在，防止直接使用。

2. @abstractmethod 的基本語法
   引入 ABC 和 @abstractmethod

• ABC 是 Python 的內建抽象基類，它用來輔助定義抽象類別。
• @abstractmethod 裝飾器標註抽象方法。
  範例

from abc import ABC, abstractmethod

class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def sound(self):
        pass  # 不定義具體實作，只是聲明

    @abstractmethod
    def move(self):
        pass

# Animal 是抽象類別，無法直接實例化
# animal = Animal()  # TypeError: Can't instantiate abstract class Animal with abstract methods

子類別必須實作所有抽象方法，否則無法實例化

class Dog(Animal):
    def sound(self):
        return "Woof!"

    def move(self):
        return "Run"

dog = Dog()
print(dog.sound())  # Woof!
print(dog.move())   # Run

3. 抽象類別中的具體方法
   抽象類別可以包含 具體方法，這些方法不需要在子類別中實作。只有被 @abstractmethod 標註的方法是必須實作的。

範例

class Shape(ABC):
    def description(self):
        return "This is a shape."

    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

rect = Rectangle(4, 5)
print(rect.description())  # This is a shape.
print(rect.area())         # 20

4. @abstractmethod 與多型
   抽象基類通常用於設計多型行為。抽象方法定義了接口，允許不同的子類別在具體實作中表現出不同的行為。

範例

class Payment(ABC):
    @abstractmethod
    def pay(self, amount):
        pass

class CreditCardPayment(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"Paid {amount} using Credit Card."

class PayPalPayment(Payment):
    def pay(self, amount):
        return f"Paid {amount} using PayPal."

# 支付方式可依不同類別動態改變
def process_payment(payment: Payment, amount):
    print(payment.pay(amount))

process_payment(CreditCardPayment(), 100)  # Paid 100 using Credit Card.
process_payment(PayPalPayment(), 200)     # Paid 200 using PayPal.

5. 子類別中使用 super() 與 @abstractmethod
   如果需要在子類別中擴展抽象基類的方法，可以使用 super() 調用基類的部分功能。

範例

class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def sound(self):
        pass

class Cat(Animal):
    def sound(self):
        super().sound()  # 調用基類的空方法（僅示例，實際基類方法通常有意義）
        return "Meow!"

cat = Cat()
print(cat.sound())  # Meow!

6. 抽象屬性
   除了方法，@abstractmethod 也可以用來定義抽象屬性，這樣子類別需要提供具體的屬性值。

範例

class Vehicle(ABC):
    @property
    @abstractmethod
    def wheels(self):
        pass

class Car(Vehicle):
    @property
    def wheels(self):
        return 4

car = Car()
print(car.wheels)  # 4

7. 常見問題

• 為什麼基類無法實例化？
  如果基類中有未實作的抽象方法，則基類是抽象類別，無法直接使用。
• 可以只實作部分抽象方法嗎？
  不行。子類別必須實作所有的抽象方法，否則子類別也會成為抽象類別，無法被實例化。
• 抽象類別可以有初始化方法 (init) 嗎？
  可以，抽象類別的初始化方法可以用於設置通用屬性，並被子類別繼承。

總結

@abstractmethod 是 Python 中用來聲明抽象方法的裝飾器。
它強制子類別實作方法，確保程序設計的規範性和一致性。
抽象基類通常用於定義接口，促進多型行為。