Python中的類(lèi)與對(duì)象之描述符解析
描述符(Descriptors)是Python語(yǔ)言中一個(gè)深?yuàn)W但卻重要的一部分。它們廣泛應(yīng)用于Python語(yǔ)言的內(nèi)核，熟練掌握描述符將會(huì)為Python程序員的工具箱添加一個(gè)額外的技巧。以下是小編為大家搜索整理的Python中的類(lèi)與對(duì)象之描述符解析，希望能給大家?guī)?lái)幫助!更多精彩內(nèi)容請(qǐng)及時(shí)關(guān)注我們應(yīng)屆畢業(yè)生考試網(wǎng)!
為了給接下來(lái)對(duì)描述符的討論做一些鋪墊，小編將描述一些程序員可能會(huì)在日常編程活動(dòng)中遇到的場(chǎng)景，然后將解釋描述符是什么，以及它們?nèi)绾螢檫@些場(chǎng)景提供優(yōu)雅的解決方案。在這篇總結(jié)中，會(huì)使用新樣式類(lèi)來(lái)指代Python版本。
1、假設(shè)一個(gè)程序中，我們需要對(duì)一個(gè)對(duì)象屬性執(zhí)行嚴(yán)格的類(lèi)型檢查。然而，Python是一種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，所以并不支持類(lèi)型檢查，但是這并不妨礙我們實(shí)現(xiàn)自己版本，且較為初級(jí)的類(lèi)型檢查。對(duì)象屬性類(lèi)型檢查的傳統(tǒng)方法可能采用下面的方式：
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def __init__(self, name, age):
if isinstance(str, name):
self.name = name
else:
raise TypeError("Must be a string")
if isinstance(int, age):
self.age = age
else:
raise TypeError("Must be an int")
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上面是執(zhí)行這種類(lèi)型檢查的一種方法，但是參數(shù)數(shù)量增加時(shí)它將變得比較繁瑣。另外，在賦值之前，我們可以創(chuàng)建一個(gè)在__init__中調(diào)用的type_check(type, val)函數(shù)，但是當(dāng)我們想在其他地方設(shè)置屬性值時(shí)，該如何簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)這種檢查呢。我想到的一個(gè)快速解決方案是Java中的getters和setters，但是這并不符合Python風(fēng)格，并且比較麻煩。
2、假設(shè)在一個(gè)程序中，我們想創(chuàng)建一些在運(yùn)行時(shí)立刻初始化然后變成只讀的屬性。有人也能想到利用Python中的特殊方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這種實(shí)現(xiàn)方法仍舊是笨拙和繁瑣的。
3、最后，設(shè)想一個(gè)程序中，我們希望以某種方式自定義對(duì)象屬性的訪問(wèn)。例如需要記錄這種屬性的訪問(wèn)。同樣的，還是可以想到一個(gè)解決方法，即使這種解決方案可能比較笨重并且不可復(fù)用。
上述問(wèn)題因都與屬性引用相關(guān)而全部聯(lián)系在了一起。下面，我們將嘗試自定義屬性的訪問(wèn)方法。
Python描述符
針對(duì)上面所列的問(wèn)題，描述符提供了優(yōu)雅、簡(jiǎn)潔、健壯和可重用的解決方案。簡(jiǎn)而言之，一個(gè)描述符就是一個(gè)對(duì)象，該對(duì)象代表了一個(gè)屬性的值。這就意味著如果一個(gè)賬戶對(duì)象有一個(gè)屬性“name”，那么描述符就是另一個(gè)能夠用來(lái)代表屬性“name”持有值的對(duì)象。描述符協(xié)議中“定義了__get__”、“__set__”或”__delete__” 這些特殊方法，描述符是實(shí)現(xiàn)其中一個(gè)或多個(gè)方法的對(duì)象。這些方法中每一種方法的簽名如下所示：
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python descr.get(self,obj,type=None)->value。
descr.__set__(self, obj, value) --> None
descr.__delete__(self, obj) --> None
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實(shí)現(xiàn)__get__方法的對(duì)象是非數(shù)據(jù)描述符，意味著在初始化之后它們只能被讀取。而同時(shí)實(shí)現(xiàn)__get__和__set__的對(duì)象是數(shù)據(jù)描述符，意味著這種屬性是可寫(xiě)的。
為了更好地理解描述符，我們給出針對(duì)上述問(wèn)題基于描述符的解決方法。使用Python描述符實(shí)現(xiàn)對(duì)象屬性的類(lèi)型檢查將是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的任務(wù)。裝飾器實(shí)現(xiàn)這種類(lèi)型檢查的代碼如下所示：
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class TypedProperty(object):
def __init__(self, name, type, default=None):
self.name = "_" + name
self.type = type
self.default = default if default else type()
def __get__(self, instance, cls):
return getattr(instance, self.name, self.default)
def __set__(self,instance,value):
if not isinstance(value,self.type):
raise TypeError("Must be a %s" % self.type)
setattr(instance,self.name,value)
def __delete__(self,instance):
raise AttributeError("Can't delete attribute")
class Foo(object):
name = TypedProperty("name",str)
num = TypedProperty("num",int,42)
>> acct = Foo()
>> acct.name = "obi"
>> acct.num = 1234
>> print acct.num
1234
>> print acct.name
obi
# trying to assign a string to number fails
>> acct.num = '1234'
TypeError: Must be a <type 'int'>
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在這個(gè)例子中，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)描述符TypedProperty，并且這個(gè)描述符類(lèi)會(huì)對(duì)它所代表的類(lèi)的任何屬性執(zhí)行類(lèi)型檢查。注意到這一點(diǎn)很重要，即描述符只能在類(lèi)級(jí)別進(jìn)行合法定義，而不能在實(shí)例級(jí)別定義。例如，在上面例子中的__init__方法里。
當(dāng)訪問(wèn)類(lèi)Foo實(shí)例的任何屬性時(shí)，描述符會(huì)調(diào)用它的__get__方法。需要注意的是，__get__方法的第一個(gè)參數(shù)是描述符代表的屬性被引用的源對(duì)象。當(dāng)屬性被分配時(shí)，描述符會(huì)調(diào)用它的__set__方法。為了理解為什么可以使用描述符代表對(duì)象屬性，我們需要理解Python中屬性引用解析的執(zhí)行方式。對(duì)于對(duì)象來(lái)說(shuō)，屬性解析機(jī)制在object.__getattribute__()中。該方法將b.x轉(zhuǎn)換成type(b).__dict__['x'].__get__(b, type(b))。然后，解析機(jī)制使用優(yōu)先級(jí)鏈搜索屬性，在優(yōu)先級(jí)鏈中，類(lèi)字典中發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)描述符的優(yōu)先級(jí)高于實(shí)例變量，實(shí)例變量?jī)?yōu)先級(jí)高于非數(shù)據(jù)描述符，如果提供了getattr()，優(yōu)先級(jí)鏈會(huì)為getattr()分配最低優(yōu)先級(jí)。對(duì)于一個(gè)給定的對(duì)象類(lèi)，可以通過(guò)自定義__getattribute__方法來(lái)重寫(xiě)優(yōu)先級(jí)鏈。
深刻理解優(yōu)先級(jí)鏈之后，就很容易想出針對(duì)前面提出的第二個(gè)和第三個(gè)問(wèn)題的優(yōu)雅解決方案了。那就是，利用描述符實(shí)現(xiàn)一個(gè)只讀屬性將變成實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)描述符這個(gè)簡(jiǎn)單的情況了，即不帶__set__方法的描述符。盡管在本例中不重要，定義訪問(wèn)方式的問(wèn)題只需要在__get__和__set__方法中增加所需的功能即可。
類(lèi)屬性
每次我們想使用描述符的時(shí)候都不得不定義描述符類(lèi)，這樣看起來(lái)非常繁瑣。Python特性提供了一種簡(jiǎn)潔的方式用來(lái)向?qū)傩栽黾訑?shù)據(jù)描述符。一個(gè)屬性簽名如下所示：
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property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None) -> property attribute
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fget、fset和fdel分別是類(lèi)的getter、setter和deleter方法。我們通過(guò)下面的一個(gè)示例來(lái)說(shuō)明如何創(chuàng)建屬性：
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class Accout(object):
def __init__(self):
self._acct_num = None
def get_acct_num(self):
return self._acct_num
def set_acct_num(self, value):
self._acct_num = value
def del_acct_num(self):
del self._acct_num
acct_num = property(get_acct_num, set_acct_num, del_acct_num, "Account number property.")
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如果acct是Account的一個(gè)實(shí)例，acct.acct_num將會(huì)調(diào)用getter，acct.acct_num = value將調(diào)用setter，del acct_num.acct_num將調(diào)用deleter。
在Python中，屬性對(duì)象和功能可以像《描述符指南》中說(shuō)明的那樣使用描述符協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下所示：
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class Property(object):
"Emulate PyProperty_Type() in Objects/descrobject.c"
def __init__(self, fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None):
self.fget = fget
self.fset = fset
self.fdel = fdel
if doc is None and fget is not None:
doc = fget.__doc__
self.__doc__ = doc
def __get__(self, obj, objtype=None):
if obj is None:
return self
if self.fget is None:
raise AttributeError("unreadable attribute")
return self.fget(obj)
def __set__(self, obj, value):
if self.fset is None:
raise AttributeError("can't set attribute")
self.fset(obj, value)
def __delete__(self, obj):
if self.fdel is None:
raise AttributeError("can't delete attribute")
self.fdel(obj)
def getter(self, fget):
return type(self)(fget, self.fset, self.fdel, self.__doc__)
def setter(self, fset):
return type(self)(self.fget, fset, self.fdel, self.__doc__)
def deleter(self, fdel):
return type(self)(self.fget, self.fset, fdel, self.__doc__)
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Python也提供了@ property裝飾器，可以用它來(lái)創(chuàng)建只讀屬性。一個(gè)屬性對(duì)象擁有g(shù)etter、setter和deleter裝飾器方法，可以使用它們通過(guò)對(duì)應(yīng)的被裝飾函數(shù)的accessor函數(shù)創(chuàng)建屬性的拷貝。下面的例子最好地解釋了這一點(diǎn)：
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class C(object):
def __init__(self):
self._x = None
@property
# the x property. the decorator creates a read-only property
def x(self):
return self._x
@x.setter
# the x property setter makes the property writeable
def x(self, value):
self._x = value
@x.deleter
def x(self):
del self._x
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如果我們想讓屬性只讀，那么我們可以去掉setter方法。
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