从源码来看isinstance的检测过程

起步
通过内建方法 isinstance(object, classinfo) 可以判断一个对象是否是某个类的实例。但你是否想过关于鸭子协议的对象是如何进行判断的呢？比如 list 类的父类是继 object 类的，但通过 isinstance([], typing.iterable) 返回的却是真，难道 list 是可迭代的子类？
根据 pep 3119 的描述中得知实例的检查是允许重载的：
the primary mechanism proposed here is to allow overloading the built-in functions isinstance() and issubclass(). the overloading works as follows: the call isinstance(x, c) first checks whether c.__instancecheck__ exists, andif so, calls c.__instancecheck__(x) instead of its normal implementation.
这段话的意思是，当调用 isinstance(x, c) 进行检测时，会优先检查是否存在 c.instancecheck，如果存在则调用 c.instancecheck(x) ，返回的结果便是实例检测的结果，默认的判断方式就没有了。
这种方式有助于我们来检查鸭子类型，我用代码测了一下。
classsizeable(object):
def __instancecheck__(cls, instance):
print(__instancecheck__ call)
return hasattr(instance, __len__)
class b(object):
pass
b = b()
print(isinstance(b, sizeable)) # output:false
只打印了 false，并且instancecheck没有调用。这是怎么回事。可见文档描述并不清楚。打破砂锅问到底的原则我从源码中观察 isinstance 的检测过程。
从源码来看 isinstance 的检测过程
这部分的内容可能比较难，如果读者觉得阅读有难度可以跳过，直接看结论。isinstance 的源码在 abstract.c 文件中：
[abstract.c]
int
pyobject_isinstance(pyobject *inst, pyobject *cls)
{
_py_identifier(__instancecheck__);
pyobject *checker;
/* quick test for an exact match */
if (py_type(inst) == (pytypeobject *)cls)
return1;
....
}
py_type(inst) == (pytypeobject *)cls 这是一种快速匹配的方式，等价于 type(inst) is cls ，这种快速的方式仅当 inst = cls() 匹配成功，并不会去优先检查instancecheck，所以文档中有误。继续向下看源码：
/* we know what type's __instancecheck__ does. */
if (pytype_checkexact(cls)) {
return recursive_isinstance(inst, cls);
}
展开宏 pytype_checkexact :
[object.h]
#definepytype_checkexact(op) (py_type(op) == &pytype_type)
也就是说 cls 是由 type 直接构造出来的类，则判断语言成立。除了类声明里指定 metaclass 外基本都是由 type 直接构造的。从测试代码中得知判断成立，进入 recursiveisinstance。但是这个函数里面我却没找到有关instancecheck的代码，recursiveisinstance 的判断逻辑大致是:
def recursive_isinstance(inst, cls):
return pytype_issubtype(inst, cls)
def pytype_issubtype(a, b):
for mro in a.__class__.__mro__:
if mro is b:
returntrue
returnfalse
是从mro继承顺序来判断的，mro是一个元组，它表示类的继承顺序，这个元组的中类的顺序也决定了属性查找顺序。回到 pyobject_isinstance 函数往下看：
if (pytuple_check(cls)) {
...
}
这是当 instance(x, c) 第二个参数是元组的情况，里面的处理方式是递归调用 pyobject_isinstance(inst, item) 。继续往下看：
checker = _pyobject_lookupspecial(cls, &pyid___instancecheck__);
if (checker != null) {
res = pyobject_callfunctionobjargs(checker, inst, null);
ok = pyobject_istrue(res);
return ok;
}
显然，这边才是获得instancecheck的地方，为了让检查流程走到这里，定义的类要指明 metaclass 。剩下就是跟踪下pyobjectlookupspecial 就可以了：
[typeobject.c]
pyobject *
_pyobject_lookupspecial(pyobject *self, _py_identifier *attrid)
{
pyobject *res;
res = _pytype_lookupid(py_type(self), attrid);
// 有回调的话处理回调
// ...
return res;
}
取的是 pytype(self) ，也就是说指定的 metaclass 里面需要定义instancecheck，获得该属性后，通过 pyobjectcallfunctionobjargs 调用，调用的内容才是用户自定义的重载方法。
检查机制总结
至此，isinstance 的检测过程基本清晰了，为了便于理解，也得益于python很强的自解释能力，我用python代码来简化 isinstance 的过程:
def _isinstance(x, c):
# 快速匹配
if type(x) is c:
returntrue
# 如果是由元类 type 直接构造的类
if type(c) is type:
return c in x.__class__.__mro__
# 如果第二个参数是元组, 则递归调用
if type(c) is tuple:
for item in c:
r = _isinstance(x, item)
if r:
return r
# 用户自定义检测规则
if hasattr(c, __instancecheck__):
return c.__instancecheck__(x)
# 默认行为
return c in x.__class__.__mro__
判断的过程中有5个步骤，而用户自定义的instancecheck则比较靠后，这个检测过程主要还是以默认的行为来进行的，用户行为并不优先。
重载 isinstance(x, c)
因此，要想重载 isinstance(x, c) ，让用户能自定义判断结果，就需要满足以下条件：
x 对象不能是由 c 直接实例化；
c 类指定 metaclass ；
指定的 metaclass 类中定义了instancecheck。
满足这些条件后，比如对鸭子协议如何判断就比较清楚了：
classmetasizeable(type):
def __instancecheck__(cls, instance):
print(__instancecheck__ call)
return hasattr(instance, __len__)
classsizeable(metaclass=metasizeable):
pass
class b(object):
pass
b = b()
print(isinstance(b, sizeable)) # output: false
print(isinstance([], sizeable)) # output: true
本次测试环境 python3.6.0