子类重写抽象类方法触发mypy报错，为何违反里氏替换原则？

问题描述 #

我在使用mypy时遇到了问题。我定义了一个抽象类Base，以及继承自它的子类MyClass，代码如下：

from __future__ import annotations

from abc import abstractmethod, ABC
from typing import Union


class Base(ABC):
    @abstractmethod
    def the_method(self, a_class: Union[Base, float, int]) -> None:
        ...

    @abstractmethod
    def other_method(self) -> None:
        ...


class MyClass(Base):
    def __init__(self, something: str = "Hello") -> None:
        self.something = something

    def the_method(self, a_class: Union[MyClass, float, int]) -> None:
        print(a_class)

    def other_method(self) -> None:
        print(self.something)

我了解里氏替换原则（Liskov substitution principle），且MyClass继承自Base，属于Base类型，但mypy仍抛出错误：

main.py:21: error: Argument 1 of "the_method" is incompatible with supertype "Base"; supertype defines the argument type as "Base | float | int"  [override]
main.py:21: note: This violates the Liskov substitution principle
main.py:21: note: See https://mypy.readthedocs.io/en/stable/common_issues.html#incompatible-overrides
Found 1 error in 1 file (checked 1 source file)

请问我哪里出错了？

问题原因与解决 #

你这里的问题出在子类方法的参数类型被缩小了，违反了里氏替换原则的核心要求：子类必须能完全替代父类的所有使用场景。

具体来说，父类Base的the_method接受的参数范围是Union[Base, float, int]——任何Base的实例（包括其他子类实例）、浮点数、整数都能传入。但子类MyClass把参数改成Union[MyClass, float, int]后，这个方法就只能接受MyClass实例、浮点数、整数，无法兼容Base的其他子类实例。

按照里氏替换原则，当用MyClass实例替换Base实例时，所有原本能调用Base的the_method的场景都必须正常工作。比如假设有另一个Base的子类AnotherClass，如果有代码接收Base类型对象并调用the_method(AnotherClass())，当这个对象是MyClass实例时，就会出现参数类型不匹配的问题——这正是mypy报错的原因。

你有两种解决方式：

• 保持子类方法的参数类型与父类完全一致，即使用Union[Base, float, int]
• 如果确实需要限制参数为子类类型，可以通过泛型实现，修改后的代码如下：

from __future__ import annotations

from abc import abstractmethod, ABC
from typing import Union, TypeVar

T = TypeVar('T', bound='Base')

class Base(ABC):
    @abstractmethod
    def the_method(self, a_class: Union[T, float, int]) -> None:
        ...

    @abstractmethod
    def other_method(self) -> None:
        ...

class MyClass(Base['MyClass']):
    def __init__(self, something: str = "Hello") -> None:
        self.something = something

    def the_method(self, a_class: Union[MyClass, float, int]) -> None:
        print(a_class)

    def other_method(self) -> None:
        print(self.something)

这样修改后，mypy会认可这个类型定义，同时也能满足你限制参数为子类类型的需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者niaei