06 面向对象与数据类

大约 3 分钟编程语言Python面向对象dataclassProtocol

06 面向对象与数据类

类不是为了装函数。类适合封装状态与行为的约束；只有数据、没有行为时，优先考虑数据类、命名元组或普通字典。

1. 基本类

class RetryPolicy:
    def __init__(self, attempts: int, base_delay: float = 0.5) -> None:
        if attempts < 1:
            raise ValueError("attempts must be positive")
        self.attempts = attempts
        self.base_delay = base_delay

    def delay_for(self, attempt: int) -> float:
        return self.base_delay * (2 ** (attempt - 1))

实例属性通常在 __init__ 中建立。类属性适合常量和不随实例变化的配置。

2. dataclass

from dataclasses import dataclass, field

@dataclass(slots=True)
class CheckResult:
    name: str
    ok: bool
    details: list[str] = field(default_factory=list)

result = CheckResult(name="disk", ok=True)
result.details.append("root filesystem below threshold")
print(result)

要点：

可变默认值必须使用 field(default_factory=...)。
frozen=True 生成不可变实例，适合值对象和字典键。
slots=True 可减少实例字典开销，但会限制动态新增属性。
order=True 可以让数据类参与排序，但比较字段必须合理。

3. 值对象

from dataclasses import dataclass

@dataclass(frozen=True, slots=True)
class Endpoint:
    host: str
    port: int

    def __post_init__(self) -> None:
        if not self.host:
            raise ValueError("host is required")
        if not 1 <= self.port <= 65535:
            raise ValueError("invalid port")

值对象适合表达地址、端口、版本、金额和资源标识。校验在对象构造时完成，后续代码可以依赖不变量。

4. 属性与计算字段

from dataclasses import dataclass

@dataclass(slots=True)
class Metric:
    success: int
    total: int

    @property
    def success_rate(self) -> float:
        if self.total == 0:
            return 0.0
        return self.success / self.total

属性适合无副作用的计算。不要用 property 偷偷执行网络请求、修改其他对象或隐藏昂贵操作。

5. Protocol 与抽象边界

from typing import Protocol

class Notifier(Protocol):
    def send(self, title: str, message: str) -> None:
        ...

def notify_all(notifiers: list[Notifier], message: str) -> None:
    for notifier in notifiers:
        notifier.send("ops", message)

Protocol 表达结构化接口：对象只要具备所需方法就能使用，不要求继承。它适合测试替身和可插拔依赖。

抽象基类适合确实需要共享实现或运行时 isinstance 检查的场景：

from abc import ABC, abstractmethod

class Exporter(ABC):
    @abstractmethod
    def export(self, rows: list[dict[str, object]]) -> bytes:
        raise NotImplementedError

6. 组合优先

继承表达“是一个”，组合表达“使用一个”。运维工具中大量行为更适合组合：

class DatabaseCheck:
    def __init__(self, connector):
        self.connector = connector

    def run(self) -> bool:
        return self.connector.ping()

把连接、重试、日志、缓存拆为可替换协作者，比建立深层继承树更容易测试。

7. Enum

from enum import StrEnum

class Severity(StrEnum):
    INFO = "info"
    WARNING = "warning"
    CRITICAL = "critical"

print(Severity.CRITICAL.value)

枚举适合有限且稳定的状态集合。外部系统允许扩展的开放值集合不一定适合硬编码为 Enum。

8. 常见陷阱

为每个小函数创建类，增加无意义层级。
继承只为复用代码，导致子类依赖父类实现细节。
__eq__ 和 __hash__ 不一致。
重载运算符但破坏直觉或返回意外类型。
在 __del__ 中执行关键资源清理；优先使用上下文管理器。
用 getattr 和动态属性绕过明确接口。