如何让Python数值类的子类方法返回子类实例？

我太懂这种挫败感了！本来想着子类化Python的Fraction（或者其他内置数值类）来补点缺失的方法，结果做个加法运算，返回的居然是父类的Fraction实例，不是自己定义的F子类实例，这子类化的意义瞬间就没了大半，就像你碰到的情况：

>>> from fractions import Fraction
>>> class F(Fraction): pass
... 
>>> x = F(1)
>>> y = F(2)
>>> x + y
Fraction(3, 1)

这种情况其实是Python内置数值类的默认行为——不光是Fraction，像int、float这些数值类都一样。因为父类的运算方法里，都是硬编码返回父类实例的，压根没考虑要动态返回子类实例的场景，所以子类继承后，这些方法自然还是返回父类对象。

那有没有办法绕开这个坑呢？当然有，给你几个实用的思路：

1. 手动重写运算方法，转换返回类型 #

最直接的办法，就是把那些会返回父类实例的运算符方法（比如__add__、__sub__、__mul__、__truediv__这些）在子类里重写一遍，让运算结果转换成你的子类实例：

from fractions import Fraction

class F(Fraction):
    def __add__(self, other):
        # 先调用父类的加法逻辑得到Fraction实例，再转成F类
        parent_result = super().__add__(other)
        return F(parent_result.numerator, parent_result.denominator)
    
    # 同理，把你需要用到的其他运算方法（比如减法、乘法）也按这个模式重写

这个方法虽然直接，但缺点是要写不少重复代码，如果需要支持的运算符多的话，会有点繁琐。

2. 用类方法统一转换父类实例 #

可以给子类加一个类方法，专门用来把父类实例转换成子类，这样重写运算方法时就不用重复写转换逻辑了：

from fractions import Fraction

class F(Fraction):
    @classmethod
    def from_parent(cls, parent_instance):
        return cls(parent_instance.numerator, parent_instance.denominator)
    
    def __add__(self, other):
        return self.from_parent(super().__add__(other))
    
    def __mul__(self, other):
        return self.from_parent(super().__mul__(other))

这样代码会整洁很多，也方便后续维护。

3. 进阶玩法：用元类自动包装方法 #

如果你的子类需要支持大量运算符，不想一个个手动重写，可以用元类来自动包装父类的所有运算方法，让它们自动返回子类实例。不过元类的学习成本稍高，要是你的扩展需求不算特别复杂，前面两种方法完全够用。

额外说明 #

其实这个问题在Python社区已经被讨论过很多次了，核心原因是内置数值类的设计比较早，当时没考虑到子类化后返回类型的适配问题。如果你的扩展需求特别复杂，甚至可以考虑不直接子类化，而是用组合的方式：把Fraction实例作为子类的一个属性，然后自己实现所有需要的方法，这样虽然代码量多一点，但完全可控，不会被父类的行为限制。

备注：内容来源于stack exchange，提问作者Alexey