Python黑魔法Descriptor描述符的實(shí)例解析
在Python中,訪問一個屬性的優(yōu)先級順序按照如下順序:
1:類屬性
2:數(shù)據(jù)描述符
3:實(shí)例屬性
4:非數(shù)據(jù)描述符
5:__getattr__()方法 這個方法的完整定義如下所示:
def __getattr(self,attr) :#attr是self的一個屬性名 pass;
先來闡述下什么叫數(shù)據(jù)描述符。
數(shù)據(jù)描述符是指實(shí)現(xiàn)了__get__,__set__,__del__方法的類屬性(由于Python中,一切皆是對象,所以你不妨把所有的屬性也看成是對象)
PS:個人覺得這里最好把數(shù)據(jù)描述符等效于定義了__get__,__set__,__del__三個方法的接口。
__get__,__set__,__del__
闡述下這三個方法:
__get__的標(biāo)準(zhǔn)定義是__get__(self,obj,type=None),它非常接近于JavaBean的get
第一個函數(shù)是調(diào)用它的實(shí)例,obj是指去訪問屬性所在的方法,最后一個type是一個可選參數(shù),通常為None(這個有待于進(jìn)一步的研究)
例如給定類X和實(shí)例x,調(diào)用x.foo,等效于調(diào)用:
type(x).__dict__['foo'].__get__(x,type(x))
調(diào)用X.foo,等效于調(diào)用:
type(x).__dict__['foo'].__get__(None,type(x))
第二個函數(shù)__set__的標(biāo)準(zhǔn)定義是__set__(self,obj,val),它非常接近于JavaBean的set方法,其中最后一個參數(shù)是要賦予的值
第三個函數(shù)__del__的標(biāo)準(zhǔn)定義是__del__(self,obj),它非常接近Java中Object的Finailize()方法,指Python在回收這個垃圾對象時所調(diào)用到的析構(gòu)函數(shù),只是這個函數(shù)永遠(yuǎn)不會拋出異常。因?yàn)檫@個對象已經(jīng)沒有引用指向它,拋出異常沒有任何意義。
優(yōu)先級
接下來,我們來一一比較這些優(yōu)先級.
首先來看類屬性
class A(object): foo=1.3; print str(A.__dict__);
輸出:
{'__dict__': <attribute '__dict__' of 'A' objects>, '__module__': '__main__', 'foo': 1.3, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'A' objects>, '__doc__': None}
從上圖可以看出foo屬性在類的__dict__屬性里,所以這里用A.foo可以直接找到。這里我們先跨過數(shù)據(jù)描述符,直接來看實(shí)例屬性.
class A(object): foo=1.3; a=A(); print a.foo; a.foo=15; print a.foo;
這里a.foo先輸出1.3后輸出15,不是說類屬性的優(yōu)先級比實(shí)例屬性的優(yōu)先級高嗎?按理a.foo應(yīng)該不變才對?其實(shí),這里只是一個假象,真正的原因在于這里將a.foo這個引用對象,不妨將其理解為可以指向任意數(shù)據(jù)類型的指針,指向了15這個int對象。
不信,可以繼續(xù)看:
class A(object): foo=1.3; a=A(); print a.foo; a.foo=15; print a.foo; del a.foo; print a.foo;
這次在輸出1.3,15后最后一次又一次的輸出了1.3,原因在于a.foo最后一次又按照優(yōu)先級順序直接找到了類屬性A.foo
描述器與對象屬性
OOP的理論中,類的成員變量包括屬性和方法。那么在Python里什么是屬性?修改上面的PythonSite類如下:
class PythonSite(object): webframework = WebFramework() version = 0.01 def __init__(self, site): self.site = site
這里增加了一個version的類屬性,以及一個實(shí)例屬性site。分別查看一下類和實(shí)例對象的屬性:
In [1]: pysite = PythonSite('ghost') In [2]: vars(PythonSite).items() Out[2]: [('__module__', '__main__'), ('version', 0.01), ('__dict__', <attribute '__dict__' of 'PythonSite' objects>), ('webframework', <__main__.WebFramework at 0x10d55be90>), ('__weakref__', <attribute '__weakref__' of 'PythonSite' objects>), ('__doc__', None), ('__init__', <function __main__.__init__>)] In [3]: vars(pysite) Out[3]: {'site': 'ghost'} In [4]: PythonSite.__dict__ Out[4]: <dictproxy {'__dict__': <attribute '__dict__' of 'PythonSite' objects>, '__doc__': None, '__init__': <function __main__.__init__>, '__module__': '__main__', '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'PythonSite' objects>, 'version': 0.01, 'webframework': <__main__.WebFramework at 0x10d55be90>}>
vars方法用于查看對象的屬性,等價于對象的__dict__內(nèi)容。從上面的顯示結(jié)果,可以看到類PythonSite和實(shí)例pysite的屬性差別在于前者有 webframework,version兩個屬性,以及 __init__方法,后者僅有一個site屬性。
類與實(shí)例的屬性
類屬性可以使用對象和類訪問,多個實(shí)例對象共享一個類變量。但是只有類才能修改。
In [6]: pysite1 = PythonSite('ghost') In [7]: pysite2 = PythonSite('admin') In [8]: PythonSite.version Out[8]: 0.01 In [9]: pysite1.version Out[9]: 0.01 In [10]: pysite2.version Out[10]: 0.01 In [11]: pysite1.version is pysite2.version Out[11]: True In [12]: pysite1.version = 'pysite1' In [13]: vars(pysite1) Out[13]: {'site': 'ghost', 'version': 'pysite1'} In [14]: vars(pysite2) Out[14]: {'site': 'admin'} In [15]: PythonSite.version = 0.02 In [16]: pysite1.version Out[16]: 'pysite1' In [17]: pysite2.version Out[17]: 0.02
正如上面的代碼顯示,兩個實(shí)例對象都可以訪問version類屬性,并且是同一個類屬性。當(dāng)pysite1修改了version,實(shí)際上是給自己添加了一個version屬性。類屬性并沒有被改變。當(dāng)PythonSite改變了version屬性的時候,pysite2的該屬性也對應(yīng)被改變。
屬性訪問的原理與描述器
知道了屬性訪問的結(jié)果。這個結(jié)果都是基于Python的描述器實(shí)現(xiàn)的。通常,類或者實(shí)例通過.操作符訪問屬性。例如pysite1.site和pysite1.version的訪問。先訪問對象的__dict__,如果沒有再訪問類(或父類,元類除外)的__dict__。如果最后這個__dict__的對象是一個描述器,則會調(diào)用描述器的__get__方法。
In [21]: pysite1.site Out[21]: 'ghost' In [22]: pysite1.__dict__['site'] Out[22]: 'ghost' In [23]: pysite2.version Out[23]: 0.02 In [24]: pysite2.__dict__['version'] --------------------------------------------------------------------------- KeyError Traceback (most recent call last) <ipython-input-24-73ef6aeba259> in <module>() ----> 1 pysite2.__dict__['version'] KeyError: 'version' In [25]: type(pysite2).__dict__['version'] Out[25]: 0.02 In [32]: type(pysite1).__dict__['webframework'] Out[32]: <__main__.WebFramework at 0x103426e90> In [38]: type(pysite1).__dict__['webframework'].__get__(None, PythonSite) Out[38]: 'Flask'
實(shí)例方法,類方法,靜態(tài)方法與描述器
調(diào)用描述器的時候,實(shí)際上會調(diào)用object.__getattribute__()。這取決于調(diào)用描述其器的是對象還是類,如果是對象obj.x,則會調(diào)用type(obj).__dict__['x'].__get__(obj, type(obj))。如果是類,class.x, 則會調(diào)用type(class).__dict__['x'].__get__(None, type(class)。
這樣說還是比較抽象,下面來分析Python的方法,靜態(tài)方法和類方法。把PythonSite重構(gòu)一下:
class PythonSite(object): webframework = WebFramework() version = 0.01 def __init__(self, site): self.site = site def get_site(self): return self.site @classmethod def get_version(cls): return cls.version @staticmethod def find_version(): return PythonSite.version
類方法,@classmethod裝飾器
先看類方法,類方法使用@classmethod裝飾器定義。經(jīng)過該裝飾器的方法是一個描述器。類和實(shí)例都可以調(diào)用類方法:
In [1]: ps = PythonSite('ghost') In [2]: ps.get_version Out[2]: <bound method type.get_version of <class '__main__.PythonSite'>> In [3]: ps.get_version() Out[3]: 0.01 In [4]: PythonSite.get_version Out[4]: <bound method type.get_version of <class '__main__.PythonSite'>> In [5]: PythonSite.get_version() Out[5]: 0.01
get_version 是一個bound方法。下面再看下ps.get_version這個調(diào)用,會先查找它·的__dict__是否有g(shù)et_version這個屬性,如果沒有,則查找其類。
In [6]: vars(ps) Out[6]: {'site': 'ghost'} In [7]: type(ps).__dict__['get_version'] Out[7]: <classmethod at 0x108952e18> In [8]: type(ps).__dict__['get_version'].__get__(ps, type(ps)) Out[8]: <bound method type.get_version of <class '__main__.PythonSite'>> In [9]: type(ps).__dict__['get_version'].__get__(ps, type(ps)) == ps.get_version Out[9]: True
并且vars(ps)中,__dict__并沒有g(shù)et_version這個屬性,依據(jù)描述器協(xié)議,將會調(diào)用type(ps).__dict__['get_version']描述器的__get__方法,因?yàn)閜s是實(shí)例,因此object.__getattribute__()會這樣調(diào)用__get__(obj, type(obj))。
現(xiàn)在再看類方法的調(diào)用:
In [10]: PythonSite.__dict__['get_version'] Out[10]: <classmethod at 0x108952e18> In [11]: PythonSite.__dict__['get_version'].__get__(None, PythonSite) Out[11]: <bound method type.get_version of <class '__main__.PythonSite'>> In [12]: PythonSite.__dict__['get_version'].__get__(None, PythonSite) == PythonSite.get_version Out[12]: True
因?yàn)檫@次調(diào)用get_version的是一個類對象,而不是實(shí)例對象,因此object.__getattribute__()會這樣調(diào)用__get__(None, Class)。
靜態(tài)方法,@staticmethod
實(shí)例和類也可以調(diào)用靜態(tài)方法:
In [13]: ps.find_version Out[13]: <function __main__.find_version> In [14]: ps.find_version() Out[14]: 0.01 In [15]: vars(ps) Out[15]: {'site': 'ghost'} In [16]: type(ps).__dict__['find_version'] Out[16]: <staticmethod at 0x108952d70> In [17]: type(ps).__dict__['find_version'].__get__(ps, type(ps)) Out[17]: <function __main__.find_version> In [18]: type(ps).__dict__['find_version'].__get__(ps, type(ps)) == ps.find_version Out[18]: True In [19]: PythonSite.find_version() Out[19]: 0.01 In [20]: PythonSite.find_version Out[20]: <function __main__.find_version> In [21]: type(ps).__dict__['find_version'].__get__(None, type(ps)) Out[21]: <function __main__.find_version> In [22]: type(ps).__dict__['find_version'].__get__(None, type(ps)) == PythonSite.find_version Out[22]: True
和類方法差別不大,他們的主要差別是在類方法內(nèi)部的時候,類方法可以有cls的類引用,靜態(tài)訪問則沒有,如果靜態(tài)方法想使用類變量,只能硬編碼類名。
實(shí)例方法
實(shí)例方法最為復(fù)雜,是專門屬于實(shí)例的,使用類調(diào)用的時候,會是一個unbound方法。
In [2]: ps.get_site Out[2]: <bound method PythonSite.get_site of <__main__.PythonSite object at 0x1054ae2d0>> In [3]: ps.get_site() Out[3]: 'ghost' In [4]: type(ps).__dict__['get_site'] Out[4]: <function __main__.get_site> In [5]: type(ps).__dict__['get_site'].__get__(ps, type(ps)) Out[5]: <bound method PythonSite.get_site of <__main__.PythonSite object at 0x1054ae2d0>> In [6]: type(ps).__dict__['get_site'].__get__(ps, type(ps)) == ps.get_site Out[6]: True
一切工作正常,實(shí)例方法也是類的一個屬性,但是對于類,描述器使其變成了unbound方法:
In [7]: PythonSite.get_site Out[7]: <unbound method PythonSite.get_site> In [8]: PythonSite.get_site() --------------------------------------------------------------------------- TypeError Traceback (most recent call last) <ipython-input-8-99c7d7607137> in <module>() ----> 1 PythonSite.get_site() TypeError: unbound method get_site() must be called with PythonSite instance as first argument (got nothing instead) In [9]: PythonSite.get_site(ps) Out[9]: 'ghost' In [10]: PythonSite.__dict__['get_site'] Out[10]: <function __main__.get_site> In [11]: PythonSite.__dict__['get_site'].__get__(None, PythonSite) Out[11]: <unbound method PythonSite.get_site> In [12]: PythonSite.__dict__['get_site'].__get__(None, PythonSite) == PythonSite.get_site Out[12]: True In [14]: PythonSite.__dict__['get_site'].__get__(ps, PythonSite) Out[14]: <bound method PythonSite.get_site of <__main__.PythonSite object at 0x1054ae2d0>> In [15]: PythonSite.__dict__['get_site'].__get__(ps, PythonSite)() Out[15]: 'ghost'
由此可見,類不能直接調(diào)用實(shí)例方法,除非在描述器手動綁定一個類實(shí)例。因?yàn)槭褂妙悓ο笳{(diào)用描述器的時候,__get__的第一個參數(shù)是None,想要成功調(diào)用,需要把這個參數(shù)替換為實(shí)例ps,這個過程就是對方法的bound過程。
實(shí)例
按照之前的定義,一個實(shí)現(xiàn)了__get__,__set__,__del__的類都統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)描述符。我們來看下一個簡單的例子.
class simpleDescriptor(object): def __get__(self,obj,type=None) : pass; def __set__(self,obj,val): pass; def __del__(self,obj): pass class A(object): foo=simpleDescriptor(); print str(A.__dict__); print A.foo; a=A(); print a.foo; a.foo=13; print a.foo;
這里get,set,del方法體內(nèi)容都略過,雖然簡單,但也不失為一個數(shù)據(jù)描述符。讓我們來看下它的輸出:
{'__dict__': <attribute '__dict__' of 'A' objects>, '__module__': '__main__', 'foo': <__main__.simpleDescriptor object at 0x00C46930>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'A' objects>, '__doc__': None} None None None
從上圖可以看出,盡管我們對a.foo賦值了,但其依然為None,原因就在于__get__方法什么都不返回。
為了更進(jìn)一步的加深對數(shù)據(jù)描述符的理解,我們簡單的作下改造.
class simpleDescriptor(object): def __init__(self): self.result=None; def __get__(self,obj,type=None) : return self.result-10; def __set__(self,obj,val): self.result=val+3; print self.result; def __del__(self,obj): pass class A(object): foo=simpleDescriptor(); a=A(); a.foo=13; print a.foo;
打印的輸出結(jié)果為:
16 6
第一個16為我們在對a.foo賦值的時候,人為的將13加上3后作為foo的值,第二個6是我們在返回a.foo之前人為的將它減去了10。
所以我們可以猜測,常規(guī)的Python類在定義get,set方法的時候,如果無特殊需求,直接給對應(yīng)的屬性賦值或直接返回該屬性值。如果自己定義類,并且繼承object類的話,這幾個方法都不用定義。
下面我們來看下實(shí)例屬性和非數(shù)據(jù)描述符。
class B(object): foo=1.3; b=B(); print b.__dict__ #print b.bar; b.bar=13; print b.__dict__ print b.bar;
輸出結(jié)果為:
{} {'bar': 13} 13
可見這里在實(shí)例b.__dict__里找到了bar屬性,所以這次可以獲取13了
那么什么是非數(shù)據(jù)描述符呢?簡單的說,就是沒有實(shí)現(xiàn)get,set,del三個方法的所有類
讓我們?nèi)我饪匆粋€函數(shù)的描述:
def hello(): pass print dir(hello)
輸出:
['__call__', '__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__get__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__name__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__str__', 'func_closure', 'func_code', 'func_defaults', 'func_dict', 'func_doc', 'func_globals', 'func_name']
從上面可以看出所有的函數(shù)都有g(shù)et方法,但都沒有set和del方法,所以所有的類成員函數(shù)都是非數(shù)據(jù)描述符。
看一個簡單的例子:
class simpleDescriptor(object): def __get__(self,obj,type=None) : return 'get',self,obj,type; class D(object): foo=simpleDescriptor(); d=D(); print d.foo; d.foo=15; print d.foo;
輸出:
('get', <__main__.simpleDescriptor object at 0x00C46870>, <__main__.D object at 0x00C46890>, <class '__main__.D'>) 15
可以看出實(shí)例屬性掩蓋了非數(shù)據(jù)描述符。
最后看下__getatrr__方法。它的標(biāo)準(zhǔn)定義是:__getattr__(self,attr),其中attr是屬性名
讓我們來看一個簡單的例子:
class D(object): def __getattr__(self,attr): return attr; #return self.attr; d=D(); print d.foo,type(d.foo); d.foo=15; print d.foo;
輸出:
foo <type 'str'> 15
可以看的出來Python在實(shí)在找不到方法的時候,就會求助于__getattr__方法。
注意這里要避免無意識的遞歸,稍微改動下:
class D(object): def __getattr__(self,attr): #return attr; return self.attr; d=D(); print d.foo,type(d.foo); d.foo=15; print d.foo;
這次會直接拋出堆棧溢出的異常,就像下面這樣:
RuntimeError: maximum recursion depth exceeded
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