屬性與 @property 方法讓你的python更高效
一、用屬性替代 getter 或 setter 方法
以下代碼中包含手動實現(xiàn)的 getter（get_ohms) 和 setter（set_ohms） 方法：
class OldResistor(object):
def __init__(self, ohms):
self._ohms = ohms
self.voltage = 0
self.current = 0
def get_ohms(self):
return self._ohms
def set_ohms(self, ohms):
self._ohms = ohms
r0 = OldResistor(50e3)
print(f'Before: {r0.get_ohms()}')
r0.set_ohms(10e3)
print(f'After: {r0.get_ohms()}')
# => Before: 50000.0
# => After: 10000.0
這些工具方法有助于定義類的接口，使得開發(fā)者可以方便地封裝功能、驗證用法并限定取值范圍。
但是在 Python 語言中，應(yīng)盡量從簡單的 public 屬性寫起：
class Resistor(object):
def __init__(self, ohms):
self.ohms = ohms
self.voltage = 0
self.current = 0
r1 = Resistor(50e3)
print(f'Before: {r1.ohms}')
r1.ohms = 10e3
print(f'After: {r1.ohms}')
# => Before: 50000.0
# => After: 10000.0
訪問實例的屬性則可以直接使用 instance.property 這樣的格式。
如果想在設(shè)置屬性的同時實現(xiàn)其他特殊的行為，如在對上述 Resistor 類的 voltage 屬性賦值時，需要同時修改其 current 屬性。
可以借助 @property 裝飾器和 setter 方法實現(xiàn)此類需求：
from resistor import Resistor
class VoltageResistor(Resistor):
def __init__(self, ohms):
super().__init__(ohms)
self._voltage = 0
@property
def voltage(self):
return self._voltage
@voltage.setter
def voltage(self, voltage):
self._voltage = voltage
self.current = self._voltage / self.ohms
r2 = VoltageResistor(1e3)
print(f'Before: {r2.current} amps')
r2.voltage = 10
print(f'After: {r2.current} amps')
Before: 0 amps
After: 0.01 amps
此時設(shè)置 voltage 屬性會執(zhí)行名為 voltage 的 setter 方法，更新當(dāng)前對象的 current 屬性，使得最終的電流值與電壓和電阻相匹配。
@property 的其他使用場景
屬性的 setter 方法里可以包含類型驗證和數(shù)值驗證的代碼：
from resistor import Resistor
class BoundedResistor(Resistor):
def __init__(self, ohms):
super().__init__(ohms)
@property
def ohms(self):
return self._ohms
@ohms.setter
def ohms(self, ohms):
if ohms <= 0:
raise ValueError('ohms must be > 0')
self._ohms = ohms
r3 = BoundedResistor(1e3)
r3.ohms = -5
# => ValueError: ohms must be > 0
甚至可以通過 @property 防止繼承自父類的屬性被修改：
from resistor import Resistor
class FixedResistance(Resistor):
def __init__(self, ohms):
super().__init__(ohms)
@property
def ohms(self):
return self._ohms
@ohms.setter
def ohms(self, ohms):
if hasattr(self, '_ohms'):
raise AttributeError("Can't set attribute")
self._ohms = ohms
r4 = FixedResistance(1e3)
r4.ohms = 2e3
# => AttributeError: Can't set attribute
要點
- 優(yōu)先使用 public 屬性定義類的接口，不手動實現(xiàn) getter 或 setter 方法
- 在訪問屬性的同時需要表現(xiàn)某些特殊的行為（如類型檢查、限定取值）等，使用 @property
- @property 的使用需遵循 rule of least surprise 原則，避免不必要的副作用
- 緩慢或復(fù)雜的工作，應(yīng)放在普通方法中
二、需要復(fù)用的 @property 方法
對于如下需求：
編寫一個 Homework 類，其成績屬性在被賦值時需要確保該值大于 0 且小于 100。借助 @property 方法實現(xiàn)起來非常簡單：
class Homework(object):
def __init__(self):
self._grade = 0
@property
def grade(self):
return self._grade
@grade.setter
def grade(self, value):
if not (0 <= value <= 100):
raise ValueError('Grade must be between 0 and 100')
self._grade = value
galileo = Homework()
galileo.grade = 95
print(galileo.grade)
# => 95
假設(shè)上述驗證邏輯需要用在包含多個科目的考試成績上，每個科目都需要單獨計分。則 @property 方法及驗證代碼就要重復(fù)編寫多次，同時這種寫法也不夠通用。
采用 Python 的描述符可以更好地實現(xiàn)上述功能。在下面的代碼中，Exam 類將幾個 Grade 實例作為自己的類屬性，Grade 類則通過 __get__ 和 __set__ 方法實現(xiàn)了描述符協(xié)議。
class Grade(object):
def __init__(self):
self._value = 0
def __get__(self, instance, instance_type):
return self._value
def __set__(self, instance, value):
if not (0 <= value <= 100):
raise ValueError('Grade must be between 0 and 100')
self._value = value
class Exam(object):
math_grade = Grade()
science_grade = Grade()
first_exam = Exam()
first_exam.math_grade = 82
first_exam.science_grade = 99
print('Math', first_exam.math_grade)
print('Science', first_exam.science_grade)
second_exam = Exam()
second_exam.science_grade = 75
print('Second exam science grade', second_exam.science_grade, ', right')
print('First exam science grade', first_exam.science_grade, ', wrong')
# => Math 82
# => Science 99
# => Second exam science grade 75 , right
# => First exam science grade 75 , wrong
在對 exam 實例的屬性進行賦值操作時：
exam = Exam() exam.math_grade = 40
Python 會將其轉(zhuǎn)譯為如下代碼：
Exam.__dict__['math_grade'].__set__(exam, 40)
而獲取屬性值的代碼：
print(exam.math_grade)
也會做如下轉(zhuǎn)譯：
print(Exam.__dict__['math_grade'].__get__(exam, Exam))
但上述實現(xiàn)方法會導(dǎo)致不符合預(yù)期的行為。由于所有的 Exam 實例都會共享同一份 Grade 實例，在多個 Exam 實例上分別操作某一個屬性就會出現(xiàn)錯誤結(jié)果。
second_exam = Exam()
second_exam.science_grade = 75
print('Second exam science grade', second_exam.science_grade, ', right')
print('First exam science grade', first_exam.science_grade, ', wrong')
# => Second exam science grade 75 , right
# => First exam science grade 75 , wrong
可以做出如下改動，將每個 Exam 實例所對應(yīng)的值依次記錄到 Grade 中，用字典結(jié)構(gòu)保存每個實例的狀態(tài)：
class Grade(object):
def __init__(self):
self._values = {}
def __get__(self, instance, instance_type):
if instance is None:
return self
return self._values.get(instance, 0)
def __set__(self, instance, value):
if not (0 <= value <= 100):
raise ValueError('Grade must be between 0 and 100')
self._values[instance] = value
class Exam(object):
math_grade = Grade()
writing_grade = Grade()
science_grade = Grade()
first_exam = Exam()
first_exam.math_grade = 82
second_exam = Exam()
second_exam.math_grade = 75
print('First exam math grade', first_exam.math_grade, ', right')
print('Second exam math grade', second_exam.math_grade, ', right')
# => First exam math grade 82 , right
# => Second exam math grade 75 , right
還有另外一個問題是，在程序的生命周期內(nèi)，對于傳給 __set__ 的每個 Exam 實例來說，_values 字典都會保存指向該實例的一份引用，導(dǎo)致該實例的引用計數(shù)無法降為 0 從而無法被 GC 回收。
解決方法是將普通字典替換為 WeakKeyDictionary：
from weakref import WeakKeyDictionary self._values = WeakKeyDictionary()
參考資料
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