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🔍 问题场景
在广告管理框架 ADAM 中，需实现随机无重复广告轮播功能：
- 1️⃣ 从广告集合随机选取内容
- 2️⃣ 必须完整遍历所有广告后才可重复
- 3️⃣ 需强制不同实现遵守统一接口
设计启示：借鉴现实世界的 宾果机/彩票机 行为
- 有限集合中随机选取
- 无重复直至遍历完成
- 命名抽象基类为 Tombola（意大利宾果机）
📐 Tombola抽象基类设计
四大核心方法（代码实现示例）：
| 方法类型 | 方法名 | 功能说明 |
|---|---|---|
| 抽象方法 | .load() | 加载可迭代对象元素到容器 |
| 抽象方法 | .pick() | 随机删除并返回元素，空容器时抛出LookupError |
| 具体方法 | .loaded() | 容器有元素返回True（默认通过inspect()实现） |
| 具体方法 | .inspect() | 返回当前元素的有序元组（不修改容器，内部顺序不保留） |
import abc
class Tombola(abc.ABC): ➊@abc.abstractmethoddef load(self, iterable): ➋"""从可迭代对象中添加元素。"""@abc.abstractmethoddef pick(self): ➌"""随机删除元素，然后将其返回。如果实例为空，这个方法应该抛出`LookupError`。"""def loaded(self): ➍"""如果至少有一个元素，返回`True`，否则返回`False `。"""return bool(self.inspect()) ➎def inspect(self):"""返回一个有序元组，由当前元素构成。"""items = []while True: ➏try:items.append(self.pick())except LookupError:breakself.load(items) ➐return tuple(sorted(items))
✅ 关键设计原则：
- 具体方法仅依赖抽象接口（如.loaded()调用.inspect()）
- 异常处理使用LookupError（兼容IndexError/KeyError）
- 抽象方法可含基础实现，但子类必须覆盖
🛠️ 子类实现对比
通过三种具体实现展示接口统一性（UML关系见图11-4）：
1️⃣ BingoCage（直接子类）
class BingoCage(Tombola):def __init__(self, items):self._randomizer = random.SystemRandom() # 加密级随机生成器self._items = []self.load(items) # 复用抽象接口 def load(self, iterable):self._items.extend(iterable) self._randomizer.shuffle(self._items) # 实时打乱 def pick(self):try:return self._items.pop() # 直接取末尾元素except IndexError:raise LookupError('pick from empty BingoCage')
2️⃣ LotteryBlower（优化版子类）
class LotteryBlower(Tombola):def __init__(self, iterable):self._balls = list(iterable) # 创建副本保护原始数据 def pick(self):try:pos = random.randrange(len(self._balls)) return self._balls.pop(pos) # 随机位置抽取 except ValueError:raise LookupError('pick from empty LotteryBlower')def loaded(self): # 覆盖优化：避免调用低效inspectreturn bool(self._balls)def inspect(self): # 覆盖优化：直接操作内部数据return tuple(sorted(self._balls))
⚡ 性能对比：
- LotteryBlower 绕过默认的inspect()实现（清空-重装）
- 直接访问self._balls提升效率，体现接口统一，实现自由
✨ 虚拟子类技术（白鹅类型）
通过注册机制实现无继承的接口遵从：
@Tombola.register # 注册为虚拟子类
class TomboList(list): # 实际继承list def pick(self):if self:index = randrange(len(self))return self.pop(index) # 复用list的popraise LookupError('pop from empty TomboList')load = list.extend # 直接将load绑定为list的extend方法
虚拟子类特殊性验证：
>>> issubclass(TomboList, Tombola)
True # 类型检查通过
>>> t = TomboList([1,2,3])
>>> isinstance(t, Tombola)
True # 实例检查通过
>>> TomboList.__mro__
(<class 'TomboList'>, <class 'list'>, <class 'object'>) # 无Tombola！
⚠️ 注意事项：
- 虚拟子类不会继承任何抽象基类方法
- 运行时不验证接口实现完整性
- 注册仅为声明性约束，需开发者确保接口正确性
💎 核心价值总结
| 技术点 | 解决的问题 | 实际收益 |
|---|---|---|
| 抽象方法 | 强制子类实现核心逻辑 | 防止漏写关键方法 |
| 具体方法默认实现 | 提供基础功能模板 | 减少重复代码，允许子类优化 |
| 虚拟子类 | 整合第三方类/系统内置类到统一接口 | 增强框架扩展性 |
| 异常层次设计 | 统一错误处理机制 | 提高实现类互换性 |
抽象基类的本质：通过规范化接口，在多人协作/长期维护的项目中建立可靠契约，使代码既灵活又可验证。