继承fractions.Fraction时子类运算符返回父类对象的问题

当继承Python的fractions.Fraction类时，子类的数学运算符会返回父类Fraction对象而非子类对象，导致无法保留子类的自定义行为。例如：

from fractions import Fraction

class OtherFraction(Fraction):
    def __repr__(self):
        return f'OtherFraction({self.numerator}, {self.denominator})'

a = OtherFraction(1, 2)
b = OtherFraction(1, 3)
c = a + b
print(repr(a), repr(b), repr(c))

运行输出：

OtherFraction(1, 2) OtherFraction(1, 3) Fraction(5, 6)

无需重写所有运算符的解决方法 #

不用逐个手动重写运算符方法，可以通过动态生成运算符方法的方式批量处理：

from fractions import Fraction

class OtherFraction(Fraction):
    def __repr__(self):
        return f'OtherFraction({self.numerator}, {self.denominator})'

# 定义需要处理的算术运算符列表
operator_names = [
    '__add__', '__sub__', '__mul__', '__truediv__',
    '__floordiv__', '__mod__', '__pow__',
    '__radd__', '__rsub__', '__rmul__', '__rtruediv__',
    '__rfloordiv__', '__rmod__', '__rpow__'
]

def wrap_operator(original_method):
    def wrapped(self, other):
        # 调用父类的运算符方法得到结果
        result = original_method(self, other)
        # 如果结果是Fraction实例，转换为子类实例返回
        if isinstance(result, Fraction):
            return OtherFraction(result.numerator, result.denominator)
        return result
    return wrapped

# 批量为子类绑定包装后的运算符方法
for name in operator_names:
    original = getattr(Fraction, name)
    setattr(OtherFraction, name, wrap_operator(original))

测试后，a + b会返回OtherFraction(5, 6)，符合预期。这种方式通过包装父类的运算符方法，自动将返回的Fraction实例转换为子类实例，避免了重复代码。

是否违背面向对象编程原则 #

这种期望子类运算符返回子类对象的想法不违背OOP原则：

• 符合协变返回类型的设计思路：子类方法返回子类实例，仍然满足父类方法的返回类型约定（子类是父类的子类型，子类实例可以被安全地当作父类实例使用）。
• 符合里氏替换原则：子类实例可以替换父类实例参与运算，同时保留自身的自定义行为，不会破坏原有代码的正确性。
• 实际场景中，当子类扩展了父类的行为（比如自定义__repr__、额外属性或方法），要求运算结果保持子类类型是合理需求，能确保子类的特性被保留。

需要注意：如果子类添加了父类没有的额外属性，直接转换时需要确保这些属性被正确传递，否则会导致属性丢失。但在仅重写方法（如示例中的__repr__）的场景下，这种方法完全适用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Saul Axel Martinez Ortiz