Pythonにおける抽象クラス変数の定義方法についての考察

あらまし

Pythonでプログラムを設計してて、「抽象クラス変数」を使いたいなーと思いました。

イメージ

from abc import ABC

class AbstractClass(ABC):
    name: ABSTRACT[str] # ←イメージ

    def greet(self):
        return f'Hello, I am {self.name}.'

class ConcreteClass(AbstractClass):
    name = 'Alice' # ←具象クラスで値を定義

class InvalidConcreteClass(AbstractClass):
    pass # ←定義しなかったら型チェックでエラーにしたい

ただ、abc --- 抽象基底クラス — Python 3.13.2 ドキュメントをいくら読んでもそれっぽい方法がない・・・
そのため、ネット検索して出てきた方法を書いてみる

案

方法①: クラスプロパティにする

from abc import ABC, abstractmethod

class AbstractClass(ABC):
    @classmethod
    @property
    @abstractmethod
    def name(cls) -> str:
        ...

    def greet(self):
        return f'Hello, I am {self.name}.'

class ConcreteClass(AbstractClass):
    @classmethod
    @property
    def name(cls) -> str:
        return 'Bob'

c = ConcreteClass()
c.greet()
# => 'Hello, I am Bob.'

Copilotに聞いたらこの方法を提案された。
ただ、見てのとおりかなりデコレータとプロパティ定義に長い記述が必要になる。

方法②: 抽象クラスのコンストラクタでチェックする

from abc import ABC

class AbstractClass(ABC):
    name: str

    def __init__(self):
        if not hasattr(self, 'name'):
            raise TypeError(f"Can't instantiate abstract class {self.__class__.__name__} with abstract class variable name")
        super().__init__()

    def greet(self):
        return f'Hello, I am {self.name}.'

class ConcreteClass(AbstractClass):
    name = 'Charlie'

class InvalidConcreteClass(AbstractClass):
    ...

c = ConcreteClass()
c.greet()
# => 'Hello, I am Charlie.'
InvalidConcreteClass()
# => TypeError: Can't instantiate abstract class InvalidConcreteClass with abstract class variable name

今回採用したのはコレ。
どこかのウェブサイトで見つけたが、URLを失念してしまった。。。見つけたら更新します。
考え方としては抽象クラスではクラス変数の宣言だけしておいて、
コンストラクタの中で実在確認をするように仕込んでおく。

デメリットとしては2点:

1. 抽象クラスのコンストラクタの記述がちょっとめんどい。また、抽象クラス変数名を複数箇所に記述する必要がある
2. サブクラスでコンストラクタをオーバーライドした場合、 super().__init__() をちゃんと呼んでくれないとチェックがスキップされてしまう。(強制できない)

方法③: クラス継承時にチェックする

from abc import ABC

class AbstractClass(ABC):
    name: str

    def __init_subclass__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(cls, 'name'):
            raise TypeError(f"Can't inherit abstract class {cls.__name__} with abstract class variable name")
        super().__init_subclass__(*args, **kwargs)

    def greet(self):
        return f'Hello, I am {self.name}.'

class ConcreteClass(AbstractClass):
    name = 'Charlie'

c = ConcreteClass()
c.greet()
# => 'Hello, I am Charlie.'

class InvalidConcreteClass(AbstractClass):
    ...
# => TypeError: Can't inherit abstract class InvalidConcreteClass with abstract class variable name

方法②では抽象クラスをインスタンス化しようとしたタイミングでエラーが出たが、
こちらはクラス定義の時点でエラーとなる。
中間抽象クラスが絶対に不要ならばこれでもいいと思う。