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免费网站空间 国外,wordpress 微信,凡克,wordpress 搜索没有按钮本文档详细介绍了 Python 泛型的用法#xff0c;并通过大量代码示例展示如何在 Python 中使用泛型进行类型安全编程。同时#xff0c;我们也会对比 Java 的泛型机制#xff0c;帮助你更好地理解两者的区别。 1. 为什么需要泛型#xff1f; Python 是一门动态语言#xff0…本文档详细介绍了 Python 泛型的用法并通过大量代码示例展示如何在 Python 中使用泛型进行类型安全编程。同时我们也会对比 Java 的泛型机制帮助你更好地理解两者的区别。1. 为什么需要泛型Python 是一门动态语言但在大型项目中为了提高代码的可维护性和减少 Bug我们通常会使用类型提示 (Type Hints)。泛型允许我们在定义函数、类或接口时不指定具体的数据类型而是在使用时再指定。主要好处类型安全静态类型检查器如mypy可以在运行前发现类型错误。代码复用一套逻辑可以应用于多种数据类型。IDE 智能提示更好的自动补全和代码导航。2. 基础概念与语法2.1 定义类型变量 (TypeVar)在 Python 中3.12 之前泛型的核心是TypeVar。必须先定义一个类型变量对象才能在后续代码中使用它。fromtypingimportTypeVar,List# 定义一个类型变量 T# 习惯上变量名和字符串参数保持一致TTypeVar(T)2.2 泛型函数一个简单的例子实现一个函数返回列表中的第一个元素。fromtypingimportTypeVar,List TTypeVar(T)defget_first(items:List[T])-T:返回列表的第一个元素类型与列表元素类型一致returnitems[0]# 使用示例n:intget_first([1,2,3])# T 被推断为 ints:strget_first([a,b])# T 被推断为 str# IDE 会报错的例子:# x: str get_first([1, 2, 3]) # 错误: 期望返回 int但标记为 str2.3 泛型类使用Generic[T]基类来定义泛型类。fromtypingimportTypeVar,Generic TTypeVar(T)classStack(Generic[T]):def__init__(self)-None:self.items:List[T][]defpush(self,item:T)-None:self.items.append(item)defpop(self)-T:returnself.items.pop()# 具体化使用int_stackStack[int]()int_stack.push(1)# int_stack.push(a) # 类型检查错误: 期望 intstr_stackStack[str]()str_stack.push(hello)2.4 多个类型变量类似于 Java 的MapK, V。KTypeVar(K)VTypeVar(V)classKeyValuePair(Generic[K,V]):def__init__(self,key:K,value:V):self.keykey self.valuevalue pairKeyValuePair[str,int](age,25)2.5 上界约束 (Bound)有时我们需要限制 T 必须是某个类的子类。classAnimal:defspeak(self):passclassDog(Animal):...classCat(Animal):...# T 必须是 Animal 或其子类ATypeVar(A,boundAnimal)defmake_noise(animal:A)-None:animal.speak()make_noise(Dog())# OK# make_noise(hello) # Error: str 不是 Animal 的子类3. Python vs Java 泛型对比这是最关键的部分理解两者的差异有助于你从 Java 思维转换到 Python 思维。3.1 语法对比特性JavaPython (3.5 - 3.11)Python (3.12)定义泛型类class BoxT { ... }class Box(Generic[T]): ...class Box[T]: ...定义泛型方法public T T func(T x)def func(x: T) - T:def func[T](x: T) - T:类型变量声明隐式声明 (直接写T)必须显式声明(T TypeVar(T))隐式声明 (3.12 新语法)实例化new BoxInteger()Box[int]()Box[int]()通配符List?List[Any]List[Any]上界约束T extends NumberTypeVar(T, boundNumber)class Box[T: Number]:3.2 核心机制差异Java: 伪泛型与类型擦除 (Type Erasure)机制Java 编译器在编译时检查类型但在生成的字节码中所有的T都会被替换成Object(或其他上界)。运行时 JVM 不知道ListString和ListInteger的区别。后果你不能在运行时做if (obj instanceof T)这样的检查。Python: 运行时对象与静态检查机制Python 是动态的。Generic[T]和TypeVar(T)都是运行时的真实对象。检查Python 解释器本身完全忽略这些类型提示不会在运行时报错除非代码逻辑本身错了。类型检查完全依赖外部工具如mypy,pyright, 或 IDE。后果你可以运行x: int helloPython 解释器照样执行不误。必须配合mypy使用才有意义。3.3 代码直接对比Java:// Java 不需要提前定义 TpublicclassBoxT{privateTcontent;publicvoidset(Tcontent){this.contentcontent;}publicTget(){returncontent;}}// 使用BoxStringboxnewBox();box.set(hello);Python:fromtypingimportTypeVar,Generic# Python 必须先定义 TTTypeVar(T)classBox(Generic[T]):def__init__(self)-None:self.content:TNonedefset(self,content:T)-None:self.contentcontentdefget(self)-T:returnself.content# 使用boxBox[str]()box.set(hello)3.4 上界约束对比 (Upper Bound)Java 使用extends关键字来实现上界约束而 Python 在TypeVar定义中使用bound参数。Java:// T 必须是 Animal 或其子类publicclassZooTextendsAnimal{privateTanimal;publicvoidset(Tanimal){// 可以安全调用 Animal 的方法animal.speak();}}Python:# T 必须是 Animal 或其子类TTypeVar(T,boundAnimal)classZoo(Generic[T]):def__init__(self,animal:T):self.animalanimaldefset(self,animal:T)-None:# 可以安全调用 Animal 的方法self.animal.speak()4. 进阶用法示例 (结合你的项目)在 RAG 系统或数据处理管道中泛型非常有用。4.1 泛型 Repository 模式fromtypingimportTypeVar,Generic,List,Optionalfromdataclassesimportdataclass# 假设有两个实体模型dataclassclassUser:id:intname:strdataclassclassDocument:id:intcontent:str# 定义泛型 T约束为必须有 id 属性 (这里用 Protocol 更高级但简化演示用)TTypeVar(T)classBaseRepository(Generic[T]):def__init__(self):self.db:dict[int,T]{}defsave(self,entity:T)-None:# 假设实体都有 id 属性self.db[entity.id]entitydefget(self,id:int)-Optional[T]:returnself.db.get(id)deffind_all(self)-List[T]:returnlist(self.db.values())# 具体实现classUserRepository(BaseRepository[User]):deffind_by_name(self,name:str)-Optional[User]:foruserinself.db.values():ifuser.namename:returnuserreturnNone# 使用user_repoUserRepository()user_repo.save(User(1,Alice))useruser_repo.get(1)# 类型自动推断为 User4.2 泛型 Protocol (类似 Java Interface)如果你想定义一个“只要有read()方法的对象”不管它继承自谁。fromtypingimportProtocol,TypeVar TTypeVar(T)classReader(Protocol[T]):defread(self)-T:...defprocess_data(reader:Reader[str])-None:print(reader.read())classFileReader:defread(self)-str:returnfile content# FileReader 没有继承 Reader但符合结构可以通过检查process_data(FileReader())5. 总结显式定义Python (3.12前) 需要T TypeVar(T)。继承 Generic类需要继承Generic[T]才能成为泛型类。工具检查泛型主要服务于静态检查工具和 IDE运行时不会强制校验。灵活性Python 的泛型系统非常强大配合Protocol(结构化类型) 可以实现比 Java 更灵活的模式。