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Commit 4c6e99c8 authored by Zaida Zhou's avatar Zaida Zhou
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[Docs] Add code style guide (#2406) 

* [Docs] Add code style guide

* add typing and mypy links

* fix format
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## 代码规范
### 代码规范标准
#### PEP 8 —— Python 官方代码规范
[Python 官方的代码风格指南](https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/)，包含了以下几个方面的内容：
- 代码布局，介绍了 Python 中空行、断行以及导入相关的代码风格规范。比如一个常见的问题：当我的代码较长，无法在一行写下时，何处可以断行？
- 表达式，介绍了 Python 中表达式空格相关的一些风格规范。
- 尾随逗号相关的规范。当列表较长，无法一行写下而写成如下逐行列表时，推荐在末项后加逗号，从而便于追加选项、版本控制等。
```python
# Correct:
FILES = ['setup.cfg', 'tox.ini']
# Correct:
FILES = [
'setup.cfg',
'tox.ini',
]
# Wrong:
FILES = ['setup.cfg', 'tox.ini',]
# Wrong:
FILES = [
'setup.cfg',
'tox.ini'
]
```
- 命名相关规范、注释相关规范、类型注解相关规范，我们将在后续章节中做详细介绍。
"A style guide is about consistency. Consistency with this style guide is important. Consistency within a project is more important. Consistency within one module or function is the most important." PEP 8 -- Style Guide for Python Code
:::{note}
PEP 8 的代码规范并不是绝对的，项目内的一致性要优先于 PEP 8 的规范。OpenMMLab 各个项目都在 setup.cfg 设定了一些代码规范的设置，请遵照这些设置。一个例子是在 PEP 8 中有如下一个例子：
```python
# Correct:
hypot2 = x*x + y*y
# Wrong:
hypot2 = x * x + y * y
```
这一规范是为了指示不同优先级，但 OpenMMLab 的设置中通常没有启用 yapf 的 `ARITHMETIC_PRECEDENCE_INDICATION` 选项，因而格式规范工具不会按照推荐样式格式化，以设置为准。
:::
#### Google 开源项目风格指南
[Google 使用的编程风格指南](https://google.github.io/styleguide/pyguide.html)，包括了 Python 相关的章节。相较于 PEP 8，该指南提供了更为详尽的代码指南。该指南包括了语言规范和风格规范两个部分。
其中，语言规范对 Python 中很多语言特性进行了优缺点的分析，并给出了使用指导意见，如异常、Lambda 表达式、列表推导式、metaclass 等。
风格规范的内容与 PEP 8 较为接近，大部分约定建立在 PEP 8 的基础上，也有一些更为详细的约定，如函数长度、TODO 注释、文件与 socket 对象的访问等。
推荐将该指南作为参考进行开发，但不必严格遵照，一来该指南存在一些 Python 2 兼容需求，例如指南中要求所有无基类的类应当显式地继承 Object, 而在仅使用 Python 3 的环境中，这一要求是不必要的，依本项目中的惯例即可。二来 OpenMMLab 的项目作为框架级的开源软件，不必对一些高级技巧过于避讳，尤其是 MMCV。但尝试使用这些技巧前应当认真考虑是否真的有必要，并寻求其他开发人员的广泛评估。
另外需要注意的一处规范是关于包的导入，在该指南中，要求导入本地包时必须使用路径全称，且导入的每一个模块都应当单独成行，通常这是不必要的，而且也不符合目前项目的开发惯例，此处进行如下约定：
```python
# Correct
from mmcv.cnn.bricks import (Conv2d, build_norm_layer, DropPath, MaxPool2d,
Linear)
from ..utils import ext_loader
# Wrong
from mmcv.cnn.bricks import Conv2d, build_norm_layer, DropPath, MaxPool2d, \
Linear # 使用括号进行连接，而不是反斜杠
from ...utils import is_str # 最多向上回溯一层，过多的回溯容易导致结构混乱
```
OpenMMLab 项目使用 pre-commit 工具自动格式化代码，详情见[贡献代码](./contributing.md#代码风格)。
### 命名规范
#### 命名规范的重要性
优秀的命名是良好代码可读的基础。基础的命名规范对各类变量的命名做了要求，使读者可以方便地根据代码名了解变量是一个类 / 局部变量 / 全局变量等。而优秀的命名则需要代码作者对于变量的功能有清晰的认识，以及良好的表达能力，从而使读者根据名称就能了解其含义，甚至帮助了解该段代码的功能。
#### 基础命名规范
| 类型 | 公有 | 私有 |
| --------------- | ---------------- | ------------------ |
| 模块 | lower_with_under | \_lower_with_under |
| 包 | lower_with_under | |
| 类 | CapWords | \_CapWords |
| 异常 | CapWordsError | |
| 函数（方法） | lower_with_under | \_lower_with_under |
| 函数 / 方法参数 | lower_with_under | |
| 全局 / 类内常量 | CAPS_WITH_UNDER | \_CAPS_WITH_UNDER |
| 全局 / 类内变量 | lower_with_under | \_lower_with_under |
| 变量 | lower_with_under | \_lower_with_under |
| 局部变量 | lower_with_under | |
注意：
- 尽量避免变量名与保留字冲突，特殊情况下如不可避免，可使用一个后置下划线，如 class\_
- 尽量不要使用过于简单的命名，除了约定俗成的循环变量 i，文件变量 f，错误变量 e 等。
- 不会被用到的变量可以命名为 \_，逻辑检查器会将其忽略。
#### 命名技巧
良好的变量命名需要保证三点：
1. 含义准确，没有歧义
2. 长短适中
3. 前后统一
```python
# Wrong
class Masks(metaclass=ABCMeta): # 命名无法表现基类；Instance or Semantic？
pass
# Correct
class BaseInstanceMasks(metaclass=ABCMeta):
pass
# Wrong，不同地方含义相同的变量尽量用统一的命名
def __init__(self, inplanes, planes):
pass
def __init__(self, in_channels, out_channels):
pass
```
常见的函数命名方法：
- 动宾命名法：crop_img, init_weights
- 动宾倒置命名法：imread, bbox_flip
注意函数命名与参数的顺序，保证主语在前，符合语言习惯：
- check_keys_exist(key, container)
- check_keys_contain(container, key)
注意避免非常规或统一约定的缩写，如 nb -> num_blocks，in_nc -> in_channels
### docstring 规范
#### 为什么要写 docstring
docstring 是对一个类、一个函数功能与 API 接口的详细描述，有两个功能，一是帮助其他开发者了解代码功能，方便 debug 和复用代码；二是在 Readthedocs 文档中自动生成相关的 API reference 文档，帮助不了解源代码的社区用户使用相关功能。
#### 如何写 docstring
与注释不同，一份规范的 docstring 有着严格的格式要求，以便于 Python 解释器以及 sphinx 进行文档解析，详细的 docstring 约定参见 [PEP 257](https://www.python.org/dev/peps/pep-0257/)。此处以例子的形式介绍各种文档的标准格式，参考格式为 [Google 风格](https://zh-google-styleguide.readthedocs.io/en/latest/google-python-styleguide/python_style_rules/#comments)。
1. 模块文档
代码风格规范推荐为每一个模块（即 Python 文件）编写一个 docstring，但目前 OpenMMLab 项目大部分没有此类 docstring，因此不做硬性要求。
```python
"""A one line summary of the module or program, terminated by a period.
Leave one blank line. The rest of this docstring should contain an
overall description of the module or program. Optionally, it may also
contain a brief description of exported classes and functions and/or usage
examples.
Typical usage example:
foo = ClassFoo()
bar = foo.FunctionBar()
"""
```
2. 类文档
类文档是我们最常需要编写的，此处，按照 OpenMMLab 的惯例，我们使用了与 Google 风格不同的写法。如下例所示，文档中没有使用 Attributes 描述类属性，而是使用 Args 描述 __init__ 函数的参数。
在 Args 中，遵照 `parameter (type): Description.` 的格式，描述每一个参数类型和功能。其中，多种类型可使用 `(float or str)` 的写法，可以为 None 的参数可以写为 `(int, optional)`。
```python
class BaseRunner(metaclass=ABCMeta):
"""The base class of Runner, a training helper for PyTorch.
All subclasses should implement the following APIs:
- ``run()``
- ``train()``
- ``val()``
- ``save_checkpoint()``
Args:
model (:obj:`torch.nn.Module`): The model to be run.
batch_processor (callable, optional): A callable method that process
a data batch. The interface of this method should be
``batch_processor(model, data, train_mode) -> dict``.
Defaults to None.
optimizer (dict or :obj:`torch.optim.Optimizer`, optional): It can be
either an optimizer (in most cases) or a dict of optimizers
(in models that requires more than one optimizer, e.g., GAN).
Defaults to None.
work_dir (str, optional): The working directory to save checkpoints
and logs. Defaults to None.
logger (:obj:`logging.Logger`): Logger used during training.
Defaults to None. (The default value is just for backward
compatibility)
meta (dict, optional): A dict records some import information such as
environment info and seed, which will be logged in logger hook.
Defaults to None.
max_epochs (int, optional): Total training epochs. Defaults to None.
max_iters (int, optional): Total training iterations. Defaults to None.
"""
def __init__(self,
model,
batch_processor=None,
optimizer=None,
work_dir=None,
logger=None,
meta=None,
max_iters=None,
max_epochs=None):
...
```
另外，在一些算法实现的主体类中，建议加入原论文的链接；如果参考了其他开源代码的实现，则应加入 modified from，而如果是直接复制了其他代码库的实现，则应加入 copied from ，并注意源码的 License。如有必要，也可以通过 .. math:: 来加入数学公式
```python
# 参考实现
# This func is modified from `detectron2
# <https://github.com/facebookresearch/detectron2/blob/ffff8acc35ea88ad1cb1806ab0f00b4c1c5dbfd9/detectron2/structures/masks.py#L387>`_.
# 复制代码
# This code was copied from the `ubelt
# library<https://github.com/Erotemic/ubelt>`_.
# 引用论文 & 添加公式
class LabelSmoothLoss(nn.Module):
r"""Initializer for the label smoothed cross entropy loss.
Refers to `Rethinking the Inception Architecture for Computer Vision
<https://arxiv.org/abs/1512.00567>`_.
This decreases gap between output scores and encourages generalization.
Labels provided to forward can be one-hot like vectors (NxC) or class
indices (Nx1).
And this accepts linear combination of one-hot like labels from mixup or
cutmix except multi-label task.
Args:
label_smooth_val (float): The degree of label smoothing.
num_classes (int, optional): Number of classes. Defaults to None.
mode (str): Refers to notes, Options are "original", "classy_vision",
"multi_label". Defaults to "classy_vision".
reduction (str): The method used to reduce the loss.
Options are "none", "mean" and "sum". Defaults to 'mean'.
loss_weight (float): Weight of the loss. Defaults to 1.0.
Note:
if the ``mode`` is "original", this will use the same label smooth
method as the original paper as:
.. math::
(1-\epsilon)\delta_{k, y} + \frac{\epsilon}{K}
where :math:`\epsilon` is the ``label_smooth_val``, :math:`K` is
the ``num_classes`` and :math:`\delta_{k,y}` is Dirac delta,
which equals 1 for k=y and 0 otherwise.
if the ``mode`` is "classy_vision", this will use the same label
smooth method as the `facebookresearch/ClassyVision
<https://github.com/facebookresearch/ClassyVision/blob/main/classy_vision/losses/label_smoothing_loss.py>`_ repo as:
.. math::
\frac{\delta_{k, y} + \epsilon/K}{1+\epsilon}
if the ``mode`` is "multi_label", this will accept labels from
multi-label task and smoothing them as:
.. math::
(1-2\epsilon)\delta_{k, y} + \epsilon
```
```{note}
注意 \`\`here\`\`、\`here\`、"here" 三种引号功能是不同。
在 reStructured 语法中，\`\`here\`\` 表示一段代码；\`here\` 表示斜体；"here" 无特殊含义，一般可用来表示字符串。其中 \`here\` 的用法与 Markdown 中不同，需要多加留意。
另外还有 :obj:\`type\` 这种更规范的表示类的写法，但鉴于长度，不做特别要求，一般仅用于表示非常用类型。
```
3. 方法（函数）文档
函数文档与类文档的结构基本一致，但需要加入返回值文档。对于较为复杂的函数和类，可以使用 Examples 字段加入示例；如果需要对参数加入一些较长的备注，可以加入 Note 字段进行说明。
对于使用较为复杂的类或函数，比起看大段大段的说明文字和参数文档，添加合适的示例更能帮助用户迅速了解其用法。需要注意的是，这些示例最好是能够直接在 Python 交互式环境中运行的，并给出一些相对应的结果。如果存在多个示例，可以使用注释简单说明每段示例，也能起到分隔作用。
```python
def import_modules_from_strings(imports, allow_failed_imports=False):
"""Import modules from the given list of strings.
Args:
imports (list | str | None): The given module names to be imported.
allow_failed_imports (bool): If True, the failed imports will return
None. Otherwise, an ImportError is raise. Defaults to False.
Returns:
List[module] | module | None: The imported modules.
All these three lines in docstring will be compiled into the same
line in readthedocs.
Examples:
>>> osp, sys = import_modules_from_strings(
... ['os.path', 'sys'])
>>> import os.path as osp_
>>> import sys as sys_
>>> assert osp == osp_
>>> assert sys == sys_
"""
...
```
如果函数接口在某个版本发生了变化，需要在 docstring 中加入相关的说明，必要时添加 Note 或者 Warning 进行说明，例如：
```python
class CheckpointHook(Hook):
"""Save checkpoints periodically.
Args:
out_dir (str, optional): The root directory to save checkpoints. If
not specified, ``runner.work_dir`` will be used by default. If
specified, the ``out_dir`` will be the concatenation of
``out_dir`` and the last level directory of ``runner.work_dir``.
Defaults to None. `Changed in version 1.3.15.`
file_client_args (dict, optional): Arguments to instantiate a
FileClient. See :class:`mmcv.fileio.FileClient` for details.
Defaults to None. `New in version 1.3.15.`
Warning:
Before v1.3.15, the ``out_dir`` argument indicates the path where the
checkpoint is stored. However, in v1.3.15 and later, ``out_dir``
indicates the root directory and the final path to save checkpoint is
the concatenation of out_dir and the last level directory of
``runner.work_dir``. Suppose the value of ``out_dir`` is
"/path/of/A" and the value of ``runner.work_dir`` is "/path/of/B",
then the final path will be "/path/of/A/B".
```
如果参数或返回值里带有需要展开描述字段的 dict，则应该采用如下格式：
```python
def func(x):
r"""
Args:
x (None): A dict with 2 keys, ``padded_targets``, and ``targets``.
- ``targets`` (list[Tensor]): A list of tensors.
Each tensor has the shape of :math:`(T_i)`. Each
element is the index of a character.
- ``padded_targets`` (Tensor): A tensor of shape :math:`(N)`.
Each item is the length of a word.
Returns:
dict: A dict with 2 keys, ``padded_targets``, and ``targets``.
- ``targets`` (list[Tensor]): A list of tensors.
Each tensor has the shape of :math:`(T_i)`. Each
element is the index of a character.
- ``padded_targets`` (Tensor): A tensor of shape :math:`(N)`.
Each item is the length of a word.
"""
return x
```
```{important}
为了生成 readthedocs 文档，文档的编写需要按照 ReStructrued 文档格式，否则会产生文档渲染错误，在提交 PR 前，最好生成并预览一下文档效果。
语法规范参考：
- [reStructuredText Primer - Sphinx documentation](https://www.sphinx-doc.org/en/master/usage/restructuredtext/basics.html#)
- [Example Google Style Python Docstrings ‒ napoleon 0.7 documentation](https://sphinxcontrib-napoleon.readthedocs.io/en/latest/example_google.html#example-google)
```
### 注释规范
#### 为什么要写注释
对于一个开源项目，团队合作以及社区之间的合作是必不可少的，因而尤其要重视合理的注释。不写注释的代码，很有可能过几个月自己也难以理解，造成额外的阅读和修改成本。
#### 如何写注释
最需要写注释的是代码中那些技巧性的部分。如果你在下次代码审查的时候必须解释一下，那么你应该现在就给它写注释。对于复杂的操作，应该在其操作开始前写上若干行注释。对于不是一目了然的代码，应在其行尾添加注释。
—— Google 开源项目风格指南
```python
# We use a weighted dictionary search to find out where i is in
# the array. We extrapolate position based on the largest num
# in the array and the array size and then do binary search to
# get the exact number.
if i & (i-1) == 0: # True if i is 0 or a power of 2.
```
为了提高可读性, 注释应该至少离开代码2个空格.
另一方面, 绝不要描述代码. 假设阅读代码的人比你更懂Python, 他只是不知道你的代码要做什么.
—— Google 开源项目风格指南
```python
# Wrong:
# Now go through the b array and make sure whenever i occurs
# the next element is i+1
# Wrong:
if i & (i-1) == 0: # True if i bitwise and i-1 is 0.
```
在注释中，可以使用 Markdown 语法，因为开发人员通常熟悉 Markdown 语法，这样可以便于交流理解，如可使用单反引号表示代码和变量（注意不要和 docstring 中的 ReStructured 语法混淆）
```python
# `_reversed_padding_repeated_twice` is the padding to be passed to
# `F.pad` if needed (e.g., for non-zero padding types that are
# implemented as two ops: padding + conv). `F.pad` accepts paddings in
# reverse order than the dimension.
self._reversed_padding_repeated_twice = _reverse_repeat_tuple(self.padding, 2)
```
#### 注释示例
1. 出自 `mmcv/utils/registry.py`，对于较为复杂的逻辑结构，通过注释，明确了优先级关系。
```python
# self.build_func will be set with the following priority:
# 1. build_func
# 2. parent.build_func
# 3. build_from_cfg
if build_func is None:
if parent is not None:
self.build_func = parent.build_func
else:
self.build_func = build_from_cfg
else:
self.build_func = build_func
```
2. 出自 `mmcv/runner/checkpoint.py`，对于 bug 修复中的一些特殊处理，可以附带相关的 issue 链接，帮助其他人了解 bug 背景。
```python
def _save_ckpt(checkpoint, file):
# The 1.6 release of PyTorch switched torch.save to use a new
# zipfile-based file format. It will cause RuntimeError when a
# checkpoint was saved in high version (PyTorch version>=1.6.0) but
# loaded in low version (PyTorch version<1.6.0). More details at
# https://github.com/open-mmlab/mmpose/issues/904
if digit_version(TORCH_VERSION) >= digit_version('1.6.0'):
torch.save(checkpoint, file, _use_new_zipfile_serialization=False)
else:
torch.save(checkpoint, file)
```
### 类型注解
#### 为什么要写类型注解
类型注解是对函数中变量的类型做限定或提示，为代码的安全性提供保障、增强代码的可读性、避免出现类型相关的错误。
Python 没有对类型做强制限制，类型注解只起到一个提示作用，通常你的 IDE 会解析这些类型注解，然后在你调用相关代码时对类型做提示。另外也有类型注解检查工具，这些工具会根据类型注解，对代码中可能出现的问题进行检查，减少 bug 的出现。
需要注意的是，通常我们不需要注释模块中的所有函数：
1. 公共的 API 需要注释
2. 在代码的安全性，清晰性和灵活性上进行权衡是否注释
3. 对于容易出现类型相关的错误的代码进行注释
4. 难以理解的代码请进行注释
5. 若代码中的类型已经稳定，可以进行注释. 对于一份成熟的代码，多数情况下，即使注释了所有的函数，也不会丧失太多的灵活性.
#### 如何写类型注解
1. 函数 / 方法类型注解，通常不对 self 和 cls 注释。
```python
from typing import Optional, List, Tuple
# 全部位于一行
def my_method(self, first_var: int) -> int:
pass
# 另起一行
def my_method(
self, first_var: int,
second_var: float) -> Tuple[MyLongType1, MyLongType1, MyLongType1]:
pass
# 单独成行（具体的应用场合与行宽有关，建议结合 yapf 自动化格式使用）
def my_method(
self, first_var: int, second_var: float
) -> Tuple[MyLongType1, MyLongType1, MyLongType1]:
pass
# 引用尚未被定义的类型
class MyClass:
def __init__(self,
stack: List["MyClass"]) -> None:
pass
```
注：类型注解中的类型可以是 Python 内置类型，也可以是自定义类，还可以使用 Python 提供的 wrapper 类对类型注解进行装饰，一些常见的注解如下：
```python
# 数值类型
from numbers import Number
# 可选类型，指参数可以为 None
from typing import Optional
def foo(var: Optional[int] = None):
pass
# 联合类型，指同时接受多种类型
from typing import Union
def foo(var: Union[float, str]):
pass
from typing import Sequence # 序列类型
from typing import Iterable # 可迭代类型
from typing import Any # 任意类型
from typing import Callable # 可调用类型
from typing import List, Dict # 列表和字典的泛型类型
from typing import Tuple # 元组的特殊格式
# 虽然在 Python 3.9 中，list, tuple 和 dict 本身已支持泛型，但为了支持之前的版本
# 我们在进行类型注解时还是需要使用 List, Tuple, Dict 类型
# 另外，在对参数类型进行注解时，尽量使用 Sequence & Iterable & Mapping
# List, Tuple, Dict 主要用于返回值类型注解
# 参见 https://docs.python.org/3/library/typing.html#typing.List
```
2. 变量类型注解，一般用于难以直接推断其类型时
```python
# Recommend: 带类型注解的赋值
a: Foo = SomeUndecoratedFunction()
a: List[int]: [1, 2, 3] # List 只支持单一类型泛型，可使用 Union
b: Tuple[int, int] = (1, 2) # 长度固定为 2
c: Tuple[int, ...] = (1, 2, 3) # 变长
d: Dict[str, int] = {'a': 1, 'b': 2}
# Not Recommend：行尾类型注释
# 虽然这种方式被写在了 Google 开源指南中，但这是一种为了支持 Python 2.7 版本
# 而补充的注释方式，鉴于我们只支持 Python 3, 为了风格统一，不推荐使用这种方式。
a = SomeUndecoratedFunction() # type: Foo
a = [1, 2, 3] # type: List[int]
b = (1, 2, 3) # type: Tuple[int, ...]
c = (1, "2", 3.5) # type: Tuple[int, Text, float]
```
3. 泛型
上文中我们知道，typing 中提供了 list 和 dict 的泛型类型，那么我们自己是否可以定义类似的泛型呢？
```python
from typing import TypeVar, Generic
KT = TypeVar('KT')
VT = TypeVar('VT')
class Mapping(Generic[KT, VT]):
def __init__(self, data: Dict[KT, VT]):
self._data = data
def __getitem__(self, key: KT) -> VT:
return self._data[key]
```
使用上述方法，我们定义了一个拥有泛型能力的映射类，实际用法如下：
```python
mapping = Mapping[str, float]({'a': 0.5})
value: float = example['a']
```
另外，我们也可以利用 TypeVar 在函数签名中指定联动的多个类型：
```python
from typing import TypeVar, List
T = TypeVar('T') # Can be anything
A = TypeVar('A', str, bytes) # Must be str or bytes
def repeat(x: T, n: int) -> List[T]:
"""Return a list containing n references to x."""
return [x]*n
def longest(x: A, y: A) -> A:
"""Return the longest of two strings."""
return x if len(x) >= len(y) else y
```
更多关于类型注解的写法请参考 [typing](https://docs.python.org/3/library/typing.html)。
#### 类型注解检查工具
[mypy](https://mypy.readthedocs.io/en/stable/) 是一个 Python 静态类型检查工具。根据你的类型注解，mypy 会检查传参、赋值等操作是否符合类型注解，从而避免可能出现的 bug。
例如如下的一个 Python 脚本文件 test.py:
```python
def foo(var: int) -> float:
return float(var)
a: str = foo('2.0')
b: int = foo('3.0') # type: ignore
```
运行 mypy test.py 可以得到如下检查结果，分别指出了第 4 行在函数调用和返回值赋值两处类型错误。而第 5 行同样存在两个类型错误，由于使用了 type: ignore 而被忽略了，只有部分特殊情况可能需要此类忽略。
```
test.py:4: error: Incompatible types in assignment (expression has type "float", variable has type "int")
test.py:4: error: Argument 1 to "foo" has incompatible type "str"; expected "int"
Found 2 errors in 1 file (checked 1 source file)
```
docs/zh_cn/index.rst
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......@@ -43,6 +43,7 @@
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.. toctree::
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