collections.abc --- コレクションの抽象基底クラス

バージョン 3.3 で追加: 以前はこのモジュールは collections モジュールの一部でした。

ソースコード: Lib/_collections_abc.py

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This module provides abstract base classes that can be used to test whether a class provides a particular interface; for example, whether it is hashable or whether it is a mapping.

issubclass() や isinstance() を使ったインターフェースに対するテストは、以下の3つのいずれかの方法で動作します。

1） 新しく定義したクラスは抽象基底クラスのいずれかを直接継承することができます。その場合クラスは必要な抽象メソッドを提供しなければなりません。残りのミックスインメソッドは継承により引き継がれますが、必要ならオーバーライドすることができます。その他のメソッドは必要に応じて追加することができます:

class C(Sequence):                      # Direct inheritance
    def __init__(self): ...             # Extra method not required by the ABC
    def __getitem__(self, index):  ...  # Required abstract method
    def __len__(self):  ...             # Required abstract method
    def count(self, value): ...         # Optionally override a mixin method

>>> issubclass(C, Sequence)
True
>>> isinstance(C(), Sequence)
True

2） 既存のクラスや組み込みのクラスを "仮想派生クラス" として ABC に登録することができます。これらのクラスは、全ての抽象メソッドとミックスインメソッドを含む完全な API を定義する必要があります。これにより、そのクラスが完全なインターフェースをサポートしているかどうかを、ユーザーが issubclass() や isinstance() で判断できるようになります。このルールの例外は、残りの API から自動的に推測ができるようなメソッドです:

class D:                                 # No inheritance
    def __init__(self): ...              # Extra method not required by the ABC
    def __getitem__(self, index):  ...   # Abstract method
    def __len__(self):  ...              # Abstract method
    def count(self, value): ...          # Mixin method
    def index(self, value): ...          # Mixin method

Sequence.register(D)                     # Register instead of inherit

>>> issubclass(D, Sequence)
True
>>> isinstance(D(), Sequence)
True

この例では、クラス D は __contains__, __iter__, __reversed__ を定義する必要がありません。なぜなら in 演算子, the 反復 ロジック, および reversed() 関数は自動的に __getitem__ と __len__ を使うようにフォールバックするからです。

3） いくつかの単純なインターフェースは、必要なメソッドの存在だけで (それらのメソッドが None に設定されていなければ) 直接認識されます:

class E:
    def __iter__(self): ...
    def __next__(next): ...

>>> issubclass(E, Iterable)
True
>>> isinstance(E(), Iterable)
True

複雑なインターフェースは、単に特定のメソッドが存在すること以上の定義を持つため、3番目のテクニックをサポートしていません。それらのインターフェースはメソッドの意味やメソッド間の関係まで指定するので、特定のメソッド名の存在からだけではインターフェースの推測ができません。たとえば、あるクラスが __getitem__, __len__, および __iter__ を提供するというだけでは、 Sequence と Mapping を区別するには不十分です。

バージョン 3.9 で追加: これらの抽象クラスは [] をサポートするようになりました。 ジェネリックエイリアス型 および PEP 585 を参照してください。

コレクション抽象基底クラス

collections モジュールは以下の ABC (抽象基底クラス) を提供します:

ABC	継承しているクラス	抽象メソッド	mixin メソッド
Container 1		__contains__
Hashable 1		__hash__
Iterable 1 2		__iter__
Iterator 1	Iterable	__next__	__iter__
Reversible 1	Iterable	__reversed__
Generator 1	Iterator	send, throw	close, __iter__, __next__
Sized 1		__len__
Callable 1		__call__
Collection 1	Sized, Iterable, Container	__contains__, __iter__, __len__
Sequence	Reversible, Collection	__getitem__, __len__	__contains__, __iter__, __reversed__, index, count
MutableSequence	Sequence	__getitem__, __setitem__, __delitem__, __len__, insert	Sequence から継承したメソッドと、 append, reverse, extend, pop, remove, __iadd__
ByteString	Sequence	__getitem__, __len__	Sequence から継承したメソッド
Set	Collection	__contains__, __iter__, __len__	__le__, __lt__, __eq__, __ne__, __gt__, __ge__, __and__, __or__, __sub__, __xor__, isdisjoint
MutableSet	Set	__contains__, __iter__, __len__, add, discard	Set から継承したメソッドと、 clear, pop, remove, __ior__, __iand__, __ixor__, __isub__
Mapping	Collection	__getitem__, __iter__, __len__	__contains__, keys, items, values, get, __eq__, __ne__
MutableMapping	Mapping	__getitem__, __setitem__, __delitem__, __iter__, __len__	Mapping から継承したメソッドと、 pop, popitem, clear, update, setdefault
MappingView	Sized		__len__
ItemsView	MappingView, Set		__contains__, __iter__
KeysView	MappingView, Set		__contains__, __iter__
ValuesView	MappingView, Collection		__contains__, __iter__
Awaitable 1		__await__
Coroutine 1	Awaitable	send, throw	close
AsyncIterable 1		__aiter__
AsyncIterator 1	AsyncIterable	__anext__	__aiter__
AsyncGenerator 1	AsyncIterator	asend, athrow	aclose, __aiter__, __anext__

脚注

1(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14)

これらの抽象基底クラスは object.__subclasshook__() をオーバーライドして、必要なメソッドが存在し、かつ None に指定されていないことを確かめることによってインターフェースをテストすることをサポートします。このテストは単純なインターフェースに対してのみ有効に働きます。より複雑なインターフェースは基底クラスへの登録や直接派生することが必要になります。

2

isinstance(obj, Iterable) によるチェックは Iterable として登録されたクラスや __iter__() メソッドを持つクラスを検出しますが、 __getitem__() メソッドにより反復処理を行うクラスは検出しません。オブジェクトがイテラブル (iterable) かどうかを確認する唯一の信頼できる方法は iter(obj) を呼び出すことです。

コレクションの抽象基底クラス -- 詳細な説明

class collections.abc.Container

__contains__() メソッドを提供するクラスの ABC です。

class collections.abc.Hashable

__hash__() メソッドを提供するクラスの ABC です。

class collections.abc.Sized

__len__() メソッドを提供するクラスの ABC です。

class collections.abc.Callable

__call__() メソッドを提供するクラスの ABC です。

class collections.abc.Iterable

__iter__() メソッドを提供するクラスの ABC です。

メソッド isinstance(obj, Iterable) で使用すると、 Iterable や __iter__() メソッドを持っているクラスを検出できます。しかし、__getitem__() メソッドで反復するクラスは検出しません。 オブジェクトが iterable であるかどうかを判別するにあたって、信頼できる唯一の方法は iter(obj) を呼び出す方法です。

class collections.abc.Collection

サイズ付きのイテラブルなコンテナクラスの ABC です。

バージョン 3.6 で追加.

class collections.abc.Iterator

__iter__() メソッドと __next__() メソッドを提供するクラスの ABC です。 iterator の定義も参照してください。

class collections.abc.Reversible

__reversed__() メソッドを提供するイテラブルクラスの ABC です。

バージョン 3.6 で追加.

class collections.abc.Generator

PEP 342 で定義された、イテレータを send(), throw(), close() の各メソッドに拡張するプロトコルを実装する、ジェネレータクラスの ABC です。generator の定義も参照してください。

バージョン 3.5 で追加.

class collections.abc.Sequence

class collections.abc.MutableSequence

class collections.abc.ByteString

読み出し専用の シーケンス およびミュータブルな シーケンス の ABC です。

実装における注意: __iter__(), __reversed__(), index() など、一部の mixin メソッドは、下層の __getitem__() メソッドを繰り返し呼び出します。その結果、__getitem__() が定数のアクセス速度で実装されている場合、mixin メソッドは線形のパフォーマンスとなります。下層のメソッドが線形 (リンクされたリストの場合など) の場合、mixin は 2 乗のパフォーマンスとなるため、多くの場合上書きする必要があるでしょう。

バージョン 3.5 で変更: index() メソッドは stop と start 引数をサポートしました。

class collections.abc.Set

class collections.abc.MutableSet

読み出し専用の集合およびミュータブルな集合の ABC です。

class collections.abc.Mapping

class collections.abc.MutableMapping

読み出し専用の マッピング およびミュータブルな マッピング の ABC です。

class collections.abc.MappingView

class collections.abc.ItemsView

class collections.abc.KeysView

class collections.abc.ValuesView

マッピング、要素、キー、値の ビュー の ABC です。

class collections.abc.Awaitable

await で使用できる awaitable オブジェクトの ABC です。カスタムの実装は、__await__() メソッドを提供しなければなりません。

Coroutine ABC の Coroutine オブジェクトとインスタンスは、すべてこの ABC のインスタンスです。

注釈

CPython では、ジェネレータベースのコルーチン (types.coroutine() または asyncio.coroutine() でデコレートされたジェネレータ) は、 __await__() メソッドを持ちませんが、待機可能 (awaitables) です。これらに対して isinstance(gencoro, Awaitable) を使用すると、 False が返されます。これらを検出するには、 inspect.isawaitable() を使用します。

バージョン 3.5 で追加.

class collections.abc.Coroutine

コルーチンと互換性のあるクラスの ABC です。これらは、コルーチンオブジェクト で定義された send(), throw(), close() のメソッドを実装します。カスタムの実装は、__await__() も実装しなければなりません。Coroutine のすべてのインスタンスは、 Awaitable のインスタンスでもあります。coroutine の定義も参照してください。

注釈

CPython では、ジェネレータベースのコルーチン (types.coroutine() または asyncio.coroutine() でデコレートされたジェネレータ) は、 __await__() メソッドを持ちませんが、待機可能 (awaitables) です。これらに対して isinstance(gencoro, Coroutine) を使用すると、 False が返されます。これらを検出するには、 inspect.isawaitable() を使用します。

バージョン 3.5 で追加.

class collections.abc.AsyncIterable

__aiter__ メソッドを提供するクラスの ABC です。asynchronous iterable の定義も参照してください。

バージョン 3.5 で追加.

class collections.abc.AsyncIterator

__aiter__ および __anext__ メソッドを提供するクラスの ABC です。asynchronous iterator の定義も参照してください。

バージョン 3.5 で追加.

class collections.abc.AsyncGenerator

PEP 525 と PEP 492 に定義されているプロトコルを実装した非同期ジェネレータクラスの ABC です。

バージョン 3.6 で追加.

例とレシピ

抽象基底クラスは、クラスやインスタンスが特定の機能を提供しているかどうかを調べることを可能にします。例えば:

size = None
if isinstance(myvar, collections.abc.Sized):
    size = len(myvar)

幾つかの ABC はコンテナ型 API を提供するクラスを開発するのを助ける mixin 型としても使えます。例えば、 Set API を提供するクラスを作る場合、3つの基本になる抽象メソッド __contains__(), __iter__(), __len__() だけが必要です。ABC が残りの __and__() や isdisjoint() といったメソッドを提供します:

class ListBasedSet(collections.abc.Set):
    ''' Alternate set implementation favoring space over speed
        and not requiring the set elements to be hashable. '''
    def __init__(self, iterable):
        self.elements = lst = []
        for value in iterable:
            if value not in lst:
                lst.append(value)

    def __iter__(self):
        return iter(self.elements)

    def __contains__(self, value):
        return value in self.elements

    def __len__(self):
        return len(self.elements)

s1 = ListBasedSet('abcdef')
s2 = ListBasedSet('defghi')
overlap = s1 & s2            # The __and__() method is supported automatically

Set と MutableSet を mixin 型として利用するときの注意点:

1. 幾つかの set の操作は新しい set を作るので、デフォルトの mixin メソッドは iterable から新しいインスタンスを作成する方法を必要とします。クラスのコンストラクタは ClassName(iterable) の形のシグネチャを持つと仮定されます。内部の _from_iterable() というクラスメソッドが cls(iterable) を呼び出して新しい set を作る部分でこの仮定が使われています。コンストラクタのシグネチャが異なるクラスで Set を使う場合は、 iterable 引数から新しいインスタンスを生成できるクラスメソッドあるいは仕様に沿ったメソッドで _from_iterable() をオーバーライドする必要があります。

2. (たぶん意味はそのままに速度を向上する目的で)比較をオーバーライドする場合、 __le__() と __ge__() だけを再定義すれば、その他の演算は自動的に追随します。

3. The Set mixin provides a _hash() method to compute a hash value for the set; however, __hash__() is not defined because not all sets are hashable or immutable. To add set hashability using mixins, inherit from both Set() and Hashable(), then define __hash__ = Set._hash.

参考

• MutableSet を使った例として OrderedSet recipe。

• ABCs についての詳細は、 abc モジュールと PEP 3119 を参照してください。