面试题：Python面向对象的多重继承与MRO

Question

解释Python中多重继承的概念及其潜在问题。什么是方法解析顺序（MRO）？请详细说明Python如何使用C3线性化算法来确定MRO，并举例说明当多重继承出现冲突时，MRO是如何解决的。

Answer 1

多重继承的概念

在Python中，多重继承指的是一个类可以从多个父类中继承属性和方法。例如：

class A:
    def method_a(self):
        return "Method from A"

class B:
    def method_b(self):
        return "Method from B"

class C(A, B):
    pass

这里C类同时继承了A类和B类的属性与方法。

潜在问题

1. 命名冲突：如果多个父类中有相同名称的方法或属性，可能导致调用时的不确定性。例如，如果A类和B类都有一个名为method的方法，那么C类实例调用method时，不清楚会调用哪个父类的方法。
2. 菱形问题：当一个类从多个父类继承，而这些父类又有共同的祖先类时，会出现菱形问题。这可能导致祖先类的方法或属性被重复继承和调用，造成不必要的开销和混乱。例如：

class D:
    def method(self):
        return "Method from D"

class E(D):
    pass

class F(D):
    pass

class G(E, F):
    pass

这里G类通过E和F间接继承了D类两次，可能出现重复调用D类方法的问题。

方法解析顺序（MRO）

方法解析顺序（MRO）是Python在多重继承情况下，确定调用哪个父类方法的顺序。Python使用C3线性化算法来计算MRO。

C3线性化算法

1. 计算类的MRO列表：
   • 类本身总是在其MRO列表的首位。
   • 对于每个父类，计算其MRO列表。
   • 使用合并操作来构建最终的MRO列表。合并过程如下：
     • 从所有父类的MRO列表的第一个元素开始，如果该元素在其他列表中不在表头位置（除了它自己所在的列表），则将其添加到结果MRO列表中，并从所有列表中删除该元素。
     • 重复上述步骤，直到所有列表都为空。

举例说明MRO解决冲突

class A:
    def method(self):
        return "Method from A"

class B(A):
    def method(self):
        return "Method from B"

class C(A):
    def method(self):
        return "Method from C"

class D(B, C):
    pass

对于D类，其MRO列表的计算如下：

1. D类本身在首位，即[D]。
2. B类的MRO是[B, A]，C类的MRO是[C, A]。
3. 合并过程：
   • 首先看B和C，B在B类MRO表头，且不在C类MRO表头，所以添加B到结果，此时结果为[D, B]，并从B类MRO中删除B，得到[A]。
   • 接着看C，C在C类MRO表头，且不在[A]表头，所以添加C到结果，此时结果为[D, B, C]，并从C类MRO中删除C，得到[A]。
   • 最后看A，添加A到结果，得到最终的MRO列表[D, B, C, A]。 所以当D类实例调用method方法时，会优先调用B类的method方法，因为在MRO列表中B类在前。