借助zope.interface深入了解Python接口

Zope.interface 可以帮助声明存在哪些接口，是由哪些对象提供的，以及如何查询这些信息。

zope.interface 库可以克服 Python 接口设计中的歧义性。让我们来研究一下。

隐式接口不是 Python 之禅

Python 之禅 很宽松，但是有点自相矛盾，以至于你可以用它来例证任何东西。让我们来思考其中最著名的原则之一：“显示胜于隐式”。

传统上，在 Python 中会隐含的一件事是预期的接口。比如函数已经记录了它期望一个“类文件对象”或“序列”。但是什么是类文件对象呢？它支持 .writelines吗？.seek 呢？什么是一个“序列”？是否支持步进切片，例如 a[1:10:2]？

最初，Python 的答案是所谓的“鸭子类型”，取自短语“如果它像鸭子一样行走，像鸭子一样嘎嘎叫，那么它可能就是鸭子”。换句话说，“试试看”，这可能是你能得到的最具隐式的表达。

为了使这些内容显式地表达出来，你需要一种方法来表达期望的接口。Zope Web 框架是最早用 Python 编写的大型系统之一，它迫切需要这些东西来使代码明确呈现出来，例如，期望从“类似用户的对象”获得什么。

zope.interface 由 Zope 开发，但作为单独的 Python 包发布。zope.interface 可以帮助声明存在哪些接口，是由哪些对象提供的，以及如何查询这些信息。

想象编写一个简单的 2D 游戏，它需要各种东西来支持精灵界面（LCTT 译注：“精灵 Sprite”是指游戏面板中各个组件）。例如，表示一个边界框，但也要表示对象何时与一个框相交。与一些其他语言不同，在 Python 中，将属性访问作为公共接口一部分是一种常见的做法，而不是实现 getter 和 setter。边界框应该是一个属性，而不是一个方法。

呈现精灵列表的方法可能类似于：

def render_sprites(render_surface, sprites):
    """
    sprites 应该是符合 Sprite 接口的对象列表：
    * 一个名为 "bounding_box" 的属性，包含了边界框
    * 一个名为 "intersects" 的方法，它接受一个边界框并返回 True 或 False
    """
    pass # 一些做实际渲染的代码

该游戏将具有许多处理精灵的函数。在每个函数中，你都必须在随附文档中指定预期。

此外，某些函数可能期望使用更复杂的精灵对象，例如具有 Z 序的对象。我们必须跟踪哪些方法需要 Sprite 对象，哪些方法需要 SpriteWithZ 对象。

如果能够使精灵是显式而直观的，这样方法就可以声明“我需要一个精灵”，并有个严格定义的接口，这不是很好吗？来看看 zope.interface。

from zope import interface
 
class ISprite(interface.Interface):
 
    bounding_box = interface.Attribute(
        "边界框"
    )
 
    def intersects(box):
        "它和一个框相交吗？"

乍看起来，这段代码有点奇怪。这些方法不包括 self，而包含 self 是一种常见的做法，并且它有一个属性。这是在 zope.interface 中声明接口的方法。这看起来很奇怪，因为大多数人不习惯严格声明接口。

这样做的原因是接口显示了如何调用方法，而不是如何定义方法。因为接口不是超类，所以它们可以用来声明数据属性。

下面是一个能带有圆形精灵的接口的一个实现：

@implementer(ISprite)
@attr.s(auto_attribs=True)
class CircleSprite:
    x: float
    y: float
    radius: float
 
    @property
    def bounding_box(self):
        return (
            self.x - self.radius,
            self.y - self.radius,
            self.x + self.radius,
            self.y + self.radius,
        )
 
    def intersects(self, box):
        # 当且仅当至少一个角在圆内时，方框与圆相交
        top_left, bottom_right = box[:2], box[2:]
        for choose_x_from (top_left, bottom_right):
            for choose_y_from (top_left, bottom_right):
                x = choose_x_from[0]
                y = choose_y_from[1]
                if (((x - self.x) ` 2 + (y - self.y) ` 2) <=
                    self.radius ` 2):
                     return True
        return False

这显式声明了实现了该接口的 CircleSprite 类。它甚至能让我们验证该类是否正确实现了接口：