Python严格类型检查下子类作方法参数触发类型不匹配报错

以下代码在Python开启严格类型检查时会触发类型不匹配错误：

from abc import ABC, abstractmethod

class DataClass1(ABC):
    @abstractmethod
    def to_int(self) -> int:
        return 1

class DataClass2(DataClass1):
    def __init__(self, value: int):
        self.value = value
    
    def to_int(self) -> int:
        return self.value 

class WidgetClass(ABC):
    @abstractmethod
    def calculate(self, data: DataClass1) -> DataClass1:
        pass

class WidgetClassImp(WidgetClass):
    def calculate(self, data: DataClass2):
        return data

触发报错的场景为：WidgetClassImp的calculate方法接收DataClass1的子类DataClass2作为入参时，类型检查器报类型不匹配。直观预期是DataClass2作为DataClass1的子类、且完整实现了DataClass1定义的所有接口，不应该触发报错，因此疑问是当前代码写法是否存在问题。

当前代码写法确实存在问题，类型检查器报错是符合规则的，核心原因是违反了里氏替换原则的类型约束：

• 抽象基类WidgetClass定义的接口契约非常明确：所有实现WidgetClass的类，其calculate方法必须能接收任意DataClass1类型的实例（包括所有继承自DataClass1的子类）作为入参。
• WidgetClassImp将入参类型收窄为DataClass2，相当于给方法增加了父类契约里不存在的限制：它只能处理DataClass2类型的对象。如果调用方按照父类的约定，传入另一个同样实现了DataClass1接口的DataClass3实例，代码运行时很可能抛出异常，类型检查器正是提前发现了这个接口不一致的隐患。
• 这里要区分类型系统里的协变、逆变规则：方法返回值支持协变，即子类方法返回父类返回值类型的子类是合法的，因为返回的对象完全符合父类要求的接口；但方法入参支持逆变，即子类方法的入参类型需要比父类定义的更宽泛，而不是更窄，你的写法刚好把入参的类型范围缩小了，自然不符合规则。

修正方式 #

如果业务逻辑确实要求WidgetClassImp只处理DataClass2类型的数据，可以将WidgetClass定义为泛型基类，明确不同实现对应处理的具体数据类型，既符合类型检查要求，也不会破坏接口约定：

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

T = TypeVar("T", bound=DataClass1)

class DataClass1(ABC):
    @abstractmethod
    def to_int(self) -> int:
        return 1

class DataClass2(DataClass1):
    def __init__(self, value: int):
        self.value = value
    
    def to_int(self) -> int:
        return self.value 

class WidgetClass(ABC, Generic[T]):
    @abstractmethod
    def calculate(self, data: T) -> T:
        pass

class WidgetClassImp(WidgetClass[DataClass2]):
    def calculate(self, data: DataClass2) -> DataClass2:
        return data

如果WidgetClassImp理论上需要处理所有DataClass1的子类，只是内部逻辑需要用到DataClass2独有的属性，直接将入参标注为DataClass1即可，在方法内部通过isinstance做类型 narrowing 后再访问子类属性，不要直接修改方法签名的入参类型。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Kurian Kattukaren