Python 在 2.2 版本中引入了descriptor（描述符）功能，也正是基于這個功能實(shí)現(xiàn)了新式類(new-styel class)的對象模型，同時解決了之前版本中經(jīng)典類 (classic class) 系統(tǒng)中出現(xiàn)的多重繼承中的 MRO(Method Resolution Order) 問題，另外還引入了一些新的概念，比如 classmethod, staticmethod, super, Property 等。因此理解 descriptor 有助于更好地了解 Python 的運(yùn)行機(jī)制。

那么什么是 descriptor 呢？

簡而言之：descriptor 就是一類實(shí)現(xiàn)了__get__(), __set__(), __delete__()方法的對象。

Orz...如果你瞬間頓悟了，那么請收下我的膝蓋；
O_o!...如果似懂非懂,那么恭喜你！說明你潛力很大,咱們可以繼續(xù)挖掘：

引言

對于陌生的事物，一個具體的栗子是最好的學(xué)習(xí)方式，首先來看這樣一個問題：假設(shè)我們給一次數(shù)學(xué)考試創(chuàng)建一個類，用于記錄每個學(xué)生的學(xué)號、數(shù)學(xué)成績、以及提供一個用于判斷是否通過考試的check 函數(shù)：

class MathScore():
  
  def __init__(self, std_id, score):
    self.std_id = std_id
    self.score = score

  def check(self):
    if self.score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'      

很簡單一個示例，看起來運(yùn)行的不錯：

xiaoming = MathScore(10, 90)

xiaoming.score
Out[3]: 90

xiaoming.std_id
Out[4]: 10

xiaoming.check()
Out[5]: 'pass'

但是會有一個問題，比如手一抖錄入了一個負(fù)分?jǐn)?shù)，那么他就得悲劇的掛了：

xiaoming = MathScore(10, -90)

xiaoming.score
Out[8]: -90

xiaoming.check()
Out[9]: 'failed'

這顯然是一個嚴(yán)重的問題，怎么能讓一個數(shù)學(xué) 90+ 的孩子掛科呢，于是乎一個簡單粗暴的方法就誕生了：

class MathScore():
  
  def __init__(self, std_id, score):
    self.std_id = std_id
    if score < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.score = score

  def check(self):
    if self.score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'          

 
上面再類的初始化函數(shù)中增加了負(fù)數(shù)判斷，雖然不夠優(yōu)雅，甚至有點(diǎn)拙劣，但這在實(shí)例初始化時確實(shí)工作的不錯：

xiaoming = MathScore(10, -90)

Traceback (most recent call last):

 File "<ipython-input-12-6faad631790d>", line 1, in <module>
  xiaoming = MathScore(10, -90)

 File "C:/Users/xu_zh/.spyder2-py3/temp.py", line 14, in __init__
  raise ValueError("Score can't be negative number!")

ValueError: Score can't be negative number!

OK, 但我們還無法阻止實(shí)例對 score 的賦值操作，畢竟修改成績也是常有的事：

xiaoming = MathScore(10, 90)

xiaoming = -10  # 無法判斷出錯誤

對于大多數(shù)童鞋，這個問題 so easy 的啦：將 score 變?yōu)樗接?，從而禁?xiaoming.score 這樣的直接調(diào)用，增加一個 get_score 和 set_score 用于讀寫：

class MathScore():
  
  def __init__(self, std_id, score):
    self.std_id = std_id
    if score < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.__score = score

  def check(self):
    if self.__score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'      
    
  def get_score(self):
    return self.__score
  
  def set_score(self, value):
    if value < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.__score = value

這確實(shí)是種常見的解決方法，但是不得不說這簡直丑爆了：

調(diào)用成績再也不能使用 xiaoming.score 這樣自然的方式，需要使用 xiaoming.get_score() ，這看起來像口吃在說話！
還有那反人類的下劃線和括號...那應(yīng)該只出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)之間竊竊私語之中...
賦值也無法使用 xiaoming.score = 80， 而需使用 xiaoming.set_score(80)， 這對數(shù)學(xué)老師來說，太 TM 不自然了 !!!

作為一門簡潔優(yōu)雅的編程語言，Python 是不會坐視不管的，于是其給出了 Property 類：

Property 類

先不管 Property 是啥，咱先看看它是如何簡潔優(yōu)雅的解決上面這個問題的：

class MathScore():
  
  def __init__(self, std_id, score):
    self.std_id = std_id
    if score < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.__score = score

  def check(self):
    if self.__score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'      
    
  def __get_score__(self):
    return self.__score
  
  def __set_score__(self, value):
    if value < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.__score = value
    
  score = property(__get_score__, __set_score__)

與上段代碼相比，主要是在最后一句實(shí)例化了一個 property 實(shí)例，并取名為 score， 這個時候，我們就能如此自然的對 instance.__score 進(jìn)行讀寫了：

xiaoming = MathScore(10, 90)

xiaoming.score
Out[30]: 90

xiaoming.score = 80

xiaoming.score
Out[32]: 80

xiaoming.score = -90
Traceback (most recent call last):

 File "<ipython-input-33-aed7397ed552>", line 1, in <module>
  xiaoming.score = -90

 File "C:/Users/xu_zh/.spyder2-py3/temp.py", line 28, in __set_score__
  raise ValueError("Score can't be negative number!")

ValueError: Score can't be negative number!

WOW~~一切工作正常！
嗯，那么問題來了：它是怎么工作的呢？
先看下 property 的參數(shù)：

class property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None)  #拷貝自 Python 官方文檔
它的工作方式：

實(shí)例化 property 實(shí)例（我知道這是句廢話）；
調(diào)用 property 實(shí)例（比如xiaoming.score）會直接調(diào)用 fget，并由 fget 返回相應(yīng)值；
對 property 實(shí)例進(jìn)行賦值操作（xiaoming.score = 80）則會調(diào)用 fset，并由 fset 定義完成相應(yīng)操作；
刪除 property 實(shí)例（del xiaoming），則會調(diào)用 fdel 實(shí)現(xiàn)該實(shí)例的刪除；
doc 則是該 property 實(shí)例的字符說明；
fget/fset/fdel/doc 需自定義，如果只設(shè)置了fget，則該實(shí)例為只讀對象；
這看起來和本篇開頭所說的 descriptor 的功能非常相似，讓我們回顧一下 descriptor：

“descriptor 就是一類實(shí)現(xiàn)了__get__(), __set__(), __delete__()方法的對象。”

@~@ 如果你這次又秒懂了，那么請?jiān)俅问障挛业南ドw Orz...

另外，Property 還有個裝飾器語法糖 @property，其所實(shí)現(xiàn)的功能與 property() 完全一樣：

class MathScore():
  
  def __init__(self, std_id, score):
    self.std_id = std_id
    if score < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.__score = score

  def check(self):
    if self.__score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'      
  
  @property  
  def score(self):
    return self.__score
  
  @score.setter
  def score(self, value):  #注意方法名稱要與上面一致，否則會失效
    if value < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.__score = value

我們知道了 property 實(shí)例的工作方式了，那么問題又來了：它是怎么實(shí)現(xiàn)的？
事實(shí)上 Property 確實(shí)是基于 descriptor 而實(shí)現(xiàn)的，下面進(jìn)入我們的正題 descriptor 吧！

descriptor 描述符

照樣先不管 descriptor 是啥，咱們還是先看栗子，對于上面 Property 實(shí)現(xiàn)的功能，我們可以通過自定義的 descriptor 來實(shí)現(xiàn)：

class NonNegative():
  
  def __init__(self):
    pass

  def __get__(self, ist, cls):
    return 'descriptor get: ' + str(ist.__score ) #這里加上字符描述便于看清調(diào)用

  def __set__(self, ist, value):
    if value < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    print('descriptor set:', value)
    ist.__score = value
    
class MathScore():
  
  score = NonNegative()  

  def __init__(self, std_id, score):
    self.std_id = std_id
    if score < 0:
      raise ValueError("Score can't be negative number!")
    self.__score = score
    
  def check(self):
    if self.__score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'      

我們新定義了一個 NonNegative 類，并在其內(nèi)實(shí)現(xiàn)了__get__、__set__方法，然后在 MathScore 類中實(shí)例化了一個 NonNegative 的實(shí)例 score，注意！??！重要的事情說三遍：score 實(shí)例是 MathScore 的類屬性！??！類屬性！?。☆悓傩裕。。∵@個 Mathscore.score 屬性同上面 Property 的 score 實(shí)例的功能是一樣的，只不過 Mathscore.score 調(diào)用的 get、set 并不定義在 Mathscore 內(nèi)，而是定義在 NonNegative 類中，而 NonNegative 類就是一個 descriptor 對象！

納尼？ NonNegative 類的定義中可沒見到半個 “descriptor” 的字樣，怎么就成了 descriptor 對象？？？

淡定！ 重要的事情這里只說一遍：任何實(shí)現(xiàn) __get__，__set__ 或 __delete__ 方法中一至多個的類，就是 descriptor 對象。所以 NonNegative 自然是一個 descriptor 對象。

那么 descriptor 對象與普通類比有什么特別之處呢？ 先不急，來看看上端代碼的效果：

xiaoming = MathScore(10, 90)

xiaoming.score
Out[67]: 'descriptor get: 90'

xiaoming.score = 80
descriptor set: 80

wangerma = MathScore(11, 70)

wangerma.score
Out[70]: 'descriptor get: 70'

wangerma.score = 60
Out[70]: descriptor set: 60

wangerma.score
Out[73]: 'descriptor get: 60'

xiaoming.score
Out[74]: 'descriptor get: 80'

xiaoming.score = -90

ValueError: Score can't be negative number!

可以發(fā)現(xiàn)，MathScore.score 雖然是一個類屬性，但它卻可以通過實(shí)例的進(jìn)行賦值，且面對不同的 MathScore 實(shí)例 xiaoming、wangerma 的賦值和調(diào)用，并不會產(chǎn)生沖突！因此看起來似乎更類似于 MathScore 的實(shí)例屬性，但與實(shí)例屬性不同的是它并不通過 MathScore 實(shí)例的讀寫方法操作值，而總是通過 NonNegative 實(shí)例的 __get__ 和 __set__ 對值進(jìn)行操作，那么它是怎么做到這點(diǎn)的？

注意看 __get__、__set__ 的參數(shù)

 def __get__(self, ist, cls):  #self：descriptor 實(shí)例本身（如 Math.score），ist：調(diào)用 score 的實(shí)例（如 xiaoming）,cls：descriptor 實(shí)例所在的類（如MathScore）
        ...

    def __set__(self, ist, value):  #score 就是通過這些傳入的 ist 、cls 參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對 MathScore 及其具體實(shí)例屬性的調(diào)用和改寫的
        ...
OK, 現(xiàn)在我們基本搞清了 descriptor 實(shí)例是如何實(shí)現(xiàn)對宿主類的實(shí)例屬性進(jìn)行模擬的。事實(shí)上 Property 實(shí)例的實(shí)現(xiàn)方式與上面的 NonNegative 實(shí)例類似。那么我們既然有了 Propery，為什么還要去自定義 descriptor 呢？

答案在于：更加逼真的模擬實(shí)例屬性（想想 MathScore.__init__里面那惡心的判斷語句），還有最重要的是：代碼重用?。。?/p>

簡而言之：通過單個 descriptor 對象，可以更加逼真的模擬實(shí)例屬性，并且可以實(shí)現(xiàn)對宿主類實(shí)例的多個實(shí)例屬性進(jìn)行操作。

O.O! 如果你又秒懂了，那么你可以直接跳到下面寫評論了...

看個栗子：假如不僅要判斷學(xué)生的分?jǐn)?shù)是否為負(fù)數(shù)，而且還要判學(xué)生的學(xué)號是否為負(fù)值，使用 property 的實(shí)現(xiàn)方式是這樣子的：

class MathScore():
  
  def __init__(self, std_id, score):
    if std_id < 0:
      raise ValueError("Can't be negative number!")
    self.__std_id = std_id
    if score < 0:
      raise ValueError("Can't be negative number!")
    self.__score = score

  def check(self):
    if self.__score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'      
  
  @property  
  def score(self):
    return self.__score
  
  @score.setter
  def score(self, value):
    if value < 0:
      raise ValueError("Can't be negative number!")
    self.__score = value
  
  @property
  def std_id(self):
    return self.__std_id

  @std_id.setter
  def std_id(self, idnum):
    if idnum < 0:
      raise ValueError("Can't be negative nmuber!")
    self.__std_id = idnum

Property 實(shí)例最大的問題是：

無法影響宿主類實(shí)例的初始化，所以咱必須在__init__ 加上那丑惡的 if ...
單個 Property 實(shí)例僅能針對宿主類實(shí)例的單個屬性，如果需要對多個屬性進(jìn)行控制，則必須定義多個 Property 實(shí)例， 這真是太蛋疼了！
但是自定義 descriptor 可以很好的解決這個問題，看下實(shí)現(xiàn)：

class NonNegative():
  
  def __init__(self):
    self.dic = dict()

  def __get__(self, ist, cls):
    print('Description get', ist)
    return self.dic[ist]

  def __set__(self, ist, value):
    print('Description set', ist, value)
    if value < 0:
      raise ValueError("Can't be negative number!")
    self.dic[ist] = value
    
class MathScore():
  
  score = NonNegative()  
  std_id = NonNegative()  
  
  def __init__(self, std_id, score):
    #這里并未創(chuàng)建實(shí)例屬性 std_id 和 score, 而是調(diào)用 MathScore.std_id 和 MathScore.score
    
    self.std_id = std_id
    self.score = score 
    
  def check(self):
    if self.score >= 60:
      return 'pass'
    else:
      return 'failed'   

哈哈~！ MathScore.__init__ 內(nèi)終于沒了 if ，代碼也比上面的簡潔不少，但是功能一個不少，且實(shí)例之間不會相互影響：

事實(shí)上，MathScore 多個實(shí)例的同一個屬性，都是通過單個 MathScore 類的相應(yīng)類屬性（也即 NonNegative 實(shí)例）操作的，這同 property 一致，但它又是怎么克服 Property 的兩個不足的呢？秘訣有三個：

Property 實(shí)例本質(zhì)上是借助類屬性，變向?qū)?shí)例屬性進(jìn)行操作，而 NonNegative 實(shí)例則是完全通過類屬性模擬實(shí)例屬性，因此實(shí)例屬性其實(shí)根本不存在；

NonNegative 實(shí)例使用字典記錄每個 MathScore 實(shí)例及其對應(yīng)的屬性值，其中 key 為 MathScore 實(shí)例名：比如 score 實(shí)例就是使用 dic = {‘Zhangsan':50, ‘Lisi':90} 記錄每個實(shí)例對應(yīng)的 score 值，從而確?？梢詫?shí)現(xiàn)對 MathScore 實(shí)例屬性的模擬；
MathScore 通過在__init__內(nèi)直接調(diào)用類屬性，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)例屬性初始化賦值的模擬，而 Property 則不可能，因?yàn)?Property 實(shí)例（也即MathScore的類屬性）是真實(shí)的操作 MathScore 實(shí)例傳入的實(shí)例屬性以達(dá)到目的，但如果在初始化程序中傳入的不是實(shí)例屬性，而是類屬性（也即 Property 實(shí)例本身），則會陷入無限遞歸（PS：想一下如果將前一個property 實(shí)例實(shí)現(xiàn)中的self.__score 改成這里的 self.score 會發(fā)生什么）。

這三點(diǎn)看的似懂非懂，沒關(guān)系，來個比喻：

每個 descriptor 實(shí)例（MathScore.score 和 MathScore.std_id）都是類作用域里的一個籃子，籃子里放著寫著每個 MathScore 實(shí)例名字的盒子（‘zhangsan'，'lisi‘），同一個籃子里的盒子只記錄同樣屬性的值（比如score籃子里的盒子只記錄分?jǐn)?shù)值），當(dāng) MathScore 的實(shí)例對相應(yīng)屬性進(jìn)行操作時，則找到對應(yīng)的籃子，取出標(biāo)有該實(shí)例名字的盒子，并對其進(jìn)行操作。

因此，實(shí)例對應(yīng)的屬性，壓根不在實(shí)例自己的作用域內(nèi)，而是在類作用域的籃子里，只不過我們可以通過 xiaoming.score 這樣的方式進(jìn)行操作而已，所以其實(shí)際的調(diào)用的邏輯是這樣的：下圖右側(cè)的實(shí)例分別通過紅線和黑線對score和std_id 進(jìn)行操作，他們首先通過類調(diào)用相應(yīng)的類屬性，然后類屬性通過對應(yīng)的 descriptor 實(shí)例作用域?qū)Σ僮鬟M(jìn)行處理，并返回給類屬性相應(yīng)結(jié)果，最后讓實(shí)例感知到。

看到這里，很多童鞋可能不淡定了，因?yàn)榇蠹叶贾涝?Python 中采取 xiaoming.score = 10 這樣的賦值方式，如果 xiaoming 沒有 score 這樣的實(shí)例屬性，必定會自動創(chuàng)建該實(shí)例屬性，怎么會去調(diào)用 MathScore 的 score 呢？

首先，要鼓掌?。?！ 給想到這點(diǎn)的童鞋點(diǎn)贊?。?！其實(shí)上面在說 Property 的時候這個問題就產(chǎn)生了。

其次，Python 為了實(shí)現(xiàn) discriptor 確實(shí)對屬性的調(diào)用順序做出了相應(yīng)的調(diào)整，這些將會“Python 的 descriptor（下）”中介紹。

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