Python子类J_Eig调用父类方法后变为Single_Ket实例，如何避免重写代码？

问题根源 #

报错的核心原因是父类Single_Ket的算术运算方法硬编码返回了Single_Ket类实例，子类J_Eig的实例经过乘法运算后类型会被向上转为父类，丢失子类的__rmatmul__方法，导致第二次调用@运算符时报错。

解决方案 #

不需要重写子类的所有算术方法，只要调整父类的实现逻辑即可实现零代码重复：

最优方案：父类增加实例创建辅助方法（解耦性最好） #

给父类新增通用的同类型实例创建方法，子类只需重写该方法适配自己的初始化参数即可，不需要修改任何算术运算逻辑：

from sympy import Rational, sqrt, I
import sympy as sp

class Single_Ket:
    def __init__(self, label: tuple, ket_coefficient = 1):
        self.label = label
        self.coeff = ket_coefficient
    
    # 新增辅助方法：用于生成同类型的新实例，子类可重写
    def _new_instance(self, new_coeff):
        return Single_Ket(self.label, new_coeff)

    # 所有算术方法统一调用_new_instance，不再硬写返回类名
    def __mul__(self, Scalar_Const):
        return self._new_instance(self.coeff * Scalar_Const)
    
    def __rmul__(self, Scalar_Const):
        return self._new_instance(self.coeff * Scalar_Const)
    
    def __truediv__(self, Scalar_Const):
        if type(Scalar_Const) == int:
            new_coeff = Rational(self.coeff, Scalar_Const)
        else:
            new_coeff = self.coeff/Scalar_Const
        return self._new_instance(new_coeff)
    
    def __neg__(self):
        return self._new_instance(-self.coeff)

class J_Eig(Single_Ket):
    def __init__(self, j, m, Coeff = 1):
        super().__init__((j, m), Coeff)
        self.j = j
        self.m = m
        self.State_Coeff = Coeff
    
    # 重写父类辅助方法，返回J_Eig类型实例
    def _new_instance(self, new_coeff):
        return J_Eig(self.j, self.m, new_coeff)
    
    def __rmatmul__(self, X):
        # 优化判断逻辑：避免依赖dir返回值的顺序，稳定性更高
        if str(X) in {'J_Plus', 'J_Minus', 'J_Z'}:
            return eval(f'J_Op.{X}(self)')

class J_Op:
    @staticmethod
    def J_Plus(J_State):
        return sqrt(J_State.j*(J_State.j + 1) - J_State.m*(J_State.m + 1)) * J_Eig(J_State.j, J_State.m + 1, J_State.State_Coeff)

# 测试代码
psi = J_Eig(1, 0, 1)
psi_2 = 'J_Plus' @ psi
print('J_Plus' @ psi)
print('J_Plus' @ psi_2)

修改完成后，所有算术运算返回的实例类型和调用者完全一致，J_Eig实例乘完还是J_Eig类型，第二次调用@运算符不会再报错。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者QF2QP