Python类继承中的super、MRO与C3算法详解

Python类继承机制概述

网络上关于Python中super()、MRO（方法解析顺序）及C3算法的许多介绍往往让初学者感到困惑，直接阅读C3算法的定义既困难也无必要。掌握一套实用的规律能显著降低理解门槛。本文梳理了相关技术要点，旨在提供一份易于理解的super()、MRO及C3算法的实战指南。

super()在多继承中的应用

1、super()基础

super()是连接子类与父类的关键机制。子类通过继承父类，可以复用父类的方法和属性，同时也能定义自身特有的逻辑。super()主要应用于多继承场景；在单继承中，通常直接调用父类方法即可。

以下代码节选自SGD优化器的实现，基于该源码进行分析：

class SGD(Optimizer):
  def __init__(self, params, lr=required, momentum=0, dampening=0,
         weight_decay=0, nesterov=False):
    defaults = dict(lr=lr, momentum=momentum, dampening=dampening,
            weight_decay=weight_decay, nesterov=nesterov)
    if nesterov and (momentum <= 0 or dampening != 0):
      raise ValueError("Nesterov momentum requires a momentum and zero dampening")
    super(SGD, self).__init__(params, defaults)
  def __setstate__(self, state):
    super(SGD, self).__setstate__(state)
    for group in self.param_groups:
      group.setdefault('nesterov', False)

这是SGD类中的核心代码片段

针对上述代码，有两点关键补充说明：

1、调用super()联系父类时，必须完整传递父类方法所需的形参。若子类参数不足，需额外补充缺失的参数。

2、super()不仅用于调用__init__构造函数，还可用于调用父类的其他任意方法。

3、在Python 3中，语法简化为super().__init__()的形式。

4、Python中所有类默认继承自object类。

此外，在super()的使用过程中，初始化行为对继承结果有重要影响：

1、若子类继承父类但未执行__init__方法，则自动继承父类的属性。

2、若子类继承父类并执行了__init__方法，但未调用super()初始化父类构造函数，则子类不会自动继承父类属性。

3、若子类继承父类并执行了__init__方法，且通过super()正确初始化了父类构造函数，则子类将成功继承父类属性。

MRO方法解析顺序详解

2、MRO（方法解析顺序）

Python的MRO（Method Resolution Order）是指调用方法时，系统对当前类及其所有基类进行搜索以确定方法所在位置的顺序。Python依据MRO确定的顺序来执行类之间的方法调用。

直接通过具体示例进行演示：

class A1():
  def __init__(self):
    print('A1')
    super().__init__()
class A2():
  def __init__(self):
    print('A2')
    super().__init__()
class A3():
  def __init__(self):
    print('A3')
    super().__init__()
class B1(A1, A2):
  def __init__(self):
    print('B1')
    super().__init__()
class B2(A2):
  def __init__(self):
    print('B2')
    super().__init__()
class B3(A2, A3):
  def __init__(self):
    print('B3')
    super().__init__()
class C1(B1):
  def __init__(self):
    print('C1')
    super().__init__()
class C2(B1, B2):
  def __init__(self):
    print('C2')
    super().__init__()
class C3(B2, B3):
  def __init__(self):
    print('C3')
    super().__init__()
class D(C1, C2, C3):
  def __init__(self):
    print('D')
    super().__init__()
d = D()
print(D.__mro__)

程序运行输出如下：

(<class '__main__.D'>, <class '__main__.C1'>, <class '__main__.C2'>, <class '__main__.B1'>, <class '__main__.A1'>, <class '__main__.C3'>, <class '__main__.B2'>, <class '__main__.B3'>, <class '__main__.A2'>, <class '__main__.A3'>, <class 'object'>)

程序正是按照MRO中列出的顺序依次执行各类的方法。

如何手动推导这一顺序？这涉及到C3算法，该算法用于计算MRO并得出最终的执行顺序。

C3算法推导与实战练习

3、C3算法与规律总结

本文旨在通过C3算法揭示规律，帮助读者手动推导MRO顺序。

结合上述继承关系图，可列出如下推导表。该表源自技术社区的经验总结，被视为得出答案的有效工具。表中“实际取出的类”是如何推导出来的？以下提炼出几条直接规律：

规律1：预查找父类时遵循“左边优先”原则。例如第一行，当前类D的预查找父类选择最左侧的C1，而非C2或C3。

规律2：判断“预查找父类是否还有其他子类，且同时是最底层未查找类的父类（或父类的父类等）”。若该条件不成立，直接选取预查找父类作为结果。若条件成立，则检查“最底层的未查找父类”是否存在；若存在，优先选取它；若不存在，则选取该项类作为结果。

规律3：当预查找父类为object时，只要“最底层的未查找父类”仍存在，就选取该最底层未查找父类。若不存在，再判断“预查找父类是否还有其他子类，且同时是最底层查找类的父类（或父类的父类等）”；若有此类，则选取它；若无，则结果为object。

另外，

绘制继承图的方法如下：

1、子类始终绘制在父类下方，并使用有向箭头指向父类。

2、处理多继承时，按代码中继承列表的顺序从左往右书写。若有多个子类继承同一个父类，该父类应放置在它能出现的所有位置中最靠左的位置。需遵循广度优先遍历原则（在广度优先前提下优先遍历左侧）：

练习：

以下代码来自技术社区，理解上述规律及有向图绘制方法后，即可顺利得出MRO值：

class A:
  def __init__(self):
    print('A')
    
class B(A):
  def __init__(self):
    print('B')
    super().__init__()

class C(A):
  def __init__(self):
    print('C')
    super().__init__()

class D(A):
  def __init__(self):
    print('D')
    super().__init__()
    
class E(B, C):
  def __init__(self):
    print('E')
    super().__init__()


class F(C, D):
  def __init__(self):
    print('F')
    super().__init__()

class G(E, F):
  def __init__(self):
    print('G')
    super().__init__()

首先，绘制继承图：

然后，列出推导表：

当前类最底层未查找的父类预查找的父类预查找父类是否为object预查找父类是否有其他子类，同时又是最底层查找类的父类、父父类实际取出的类GE、FEnonoEEFBnonoBBFAno有，CFFnoCnonoCCnoAno有，DDDnoAnonoAAnoobjectyesnoobject

最终答案：

mro：GEBFC

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