浅谈Python中重载isinstance继承关系的问题
判断继承关系
通过内建方法 isinstance(object, classinfo) 可以判断一个对象是否是某个类的实例。这个关系可以是直接，间接或抽象。
实例的检查是允许重载的，可见文档customizing-instance-and-subclass-checks 。根据 PEP 3119 的描述：
The primary mechanism proposed here is to allow overloading the built-in functions isinstance() and issubclass(). The overloading works as follows: The call isinstance(x, C) first checks whether C.__instancecheck__ exists, and if so, calls C.__instancecheck__(x) instead of its normal implementation.
这段话的意思是，当调用 isinstance(x, C) 进行检测时，会优先检查是否存在 C.__instancecheck__ ，如果存在则调用 C.__instancecheck__(x) ，返回的结果便是实例检测的结果，默认的判断方式就没有了。
这种方式有助于我们来检查鸭子类型，我用代码测了一下。
class Sizeable(object):
def __instancecheck__(cls, instance):
print("__instancecheck__ call")
return hasattr(instance, "__len__")
class B(object):
pass
b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output:False只打印了 False，并且 __instancecheck__ 没有调用。 这是怎么回事。
没有运行的 __instancecheck__
可见文档写得并不清楚，为了找出问题，我们从 isinstance 源码开始进行跟踪。
[abstract.c]
int
PyObject_IsInstance(PyObject *inst, PyObject *cls)
{
_Py_IDENTIFIER(__instancecheck__);
PyObject *checker;
/* Quick test for an exact match */
if (Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls)
return 1;
....
}Py_TYPE(inst) == (PyTypeObject *)cls 这是一种快速匹配的方式，等价于 type(inst) is cls ，这种快速的方式匹配成功的话，也不会去检查 __instancecheck__ 。所以文档中的优先检查是否存在 C.__instancecheck__ 有误。继续向下看源码：
/* We know what type's __instancecheck__ does. */
if (PyType_CheckExact(cls)) {
return recursive_isinstance(inst, cls);
}展开宏 PyType_CheckExact :
[object.h] #define PyType_CheckExact(op) (Py_TYPE(op) == &PyType_Type)
也就是说 cls 是由 type 直接构造出来的类，则判断语言成立。除了类声明里指定 metaclass 外基本都是由 type 直接构造的。从测试代码中得知判断成立，进入 recursive_isinstance。但是这个函数里面我却没找到有关 __instancecheck__ 的代码，recursive_isinstance 的判断逻辑大致是:
def recursive_isinstance(inst, cls):
return pyType_IsSubtype(inst, cls)
def pyType_IsSubtype(a, b):
for mro in a.__mro__:
if mro is b:
return True
return False是从 __mro__ 继承顺序来判断的。回到 PyObject_IsInstance 函数往下看：
if (PyTuple_Check(cls)) {
...
}这是当 instance(x, C) 第二个参数是元组的情况，里面的处理方式是递归调用 PyObject_IsInstance(inst, item) 。继续往下看：
checker = _PyObject_LookupSpecial(cls, &PyId___instancecheck__);
if (checker != NULL) {
res = PyObject_CallFunctionObjArgs(checker, inst, NULL);
ok = PyObject_IsTrue(res);
return ok;
}显然，这边才是获得 __instancecheck__ 的地方，为了让检查流程走到这里，定义的类要指明 metaclass 。剩下就是跟踪下 _PyObject_LookupSpecial 就可以了：
[typeobject.c]
PyObject *
_PyObject_LookupSpecial(PyObject *self, _Py_Identifier *attrid)
{
PyObject *res;
res = _PyType_LookupId(Py_TYPE(self), attrid);
// 有回调的话处理回调
// ...
return res;
}取的是 Py_TYPE(self) ，也就是说指定的 metaclass 里面需要定义 __instancecheck__ 。
总结
至此，总结一下要重载 isinstance(x, C) 行为的条件：
- x 对象不能是由 C 直接实例化；
- C 类指定 metaclass ；
- 指定的 metaclass 类中定义了 __instancecheck__ 。
测试代码：
class MetaSizeable(type):
def __instancecheck__(cls, instance):
print("__instancecheck__ call")
return hasattr(instance, "__len__")
class Sizeable(metaclass=MetaSizeable):
pass
class B(object):
pass
b = B()
print(isinstance(b, Sizeable)) # output: False
print(isinstance([], Sizeable)) # output: True文档可能有点老旧了。本次测试的环境是Python3.6。