描述符是調(diào)和屬性訪問的一個(gè)類。描述符類可用來獲取、設(shè)置或刪除屬性值。描述符對(duì)象是在類定義的時(shí)候構(gòu)建在一個(gè)類中的。

一般來說，描述符是一個(gè)具有綁定行為的對(duì)象屬性，其屬性的訪問被描述符協(xié)議方法覆寫。這些方法是__get__()、 __set__()和__delete__()，一個(gè)對(duì)象中只要包含了這三個(gè)方法（譯者注：包含至少一個(gè)），就稱它為描述符。
屬性訪問的默認(rèn)行為是從一個(gè)對(duì)象的字典中獲取 (get)、設(shè)置 (set)、刪除 (delete) 屬性。例如：a.x 的查找鏈?zhǔn)加?a.__dict__['x']，然后是 type(a).__dict__['x']，然后是 type(a) 除元類之外的基類（譯者注：如果繼承樹很深，可能會(huì)訪問多個(gè)基類）。如果查找到的值是包含一個(gè)描述符方法的對(duì)象，那么Python可能會(huì)重寫（該對(duì)象）的默認(rèn)行為并調(diào)用那個(gè)描述符方法。注意只有在新式對(duì)象或者新式類（繼承自object或者type）中描述符才會(huì)被調(diào)用。
描述符是一個(gè)功能強(qiáng)大、通用的協(xié)議。它們是屬性、方法、靜態(tài)方法、類方法、super()背后的實(shí)現(xiàn)機(jī)制。它們被廣泛使用于Python 2.2中用來實(shí)現(xiàn)新式類。描述符簡化了底層的C代碼并為Python編程提供了一套靈活的新工具。

描述符設(shè)計(jì)模式有兩個(gè)部分：一個(gè)所有者類和屬性描述符本身。所有者類給它的屬性使用一個(gè)或多個(gè)描述符。描述符類定義了獲取、設(shè)置和刪除方法的組合。描述符類的一個(gè)實(shí)例將會(huì)是所有者類的一個(gè)屬性。

特性是基于所有者類的方法函數(shù)。描述符不像特性，是一個(gè)類的實(shí)例，與所有者類不同。因此，描述符通常是可重用的通用屬性。所有者類可以有多個(gè)不同描述符類的實(shí)例來類管理具有相似行為的屬性。

不像其他屬性，描述符在類級(jí)別上創(chuàng)建。它們不是在__init()__初始化時(shí)創(chuàng)建。然而描述符的值可以在初始化期間設(shè)置，描述符通常是作為類的一部分，在任何方法函數(shù)之外來構(gòu)建的。

當(dāng)所有者類被定義時(shí)，每個(gè)描述符對(duì)象都是被綁定到一個(gè)不同的類級(jí)別屬性的描述符類實(shí)例。

被確認(rèn)為一個(gè)描述符，一個(gè)類必須實(shí)現(xiàn)以下三個(gè)方法的任意組合。

• Descriptor.__get__(self, instance, owner) -> object：在這個(gè)方法中，instance參數(shù)是即將被訪問的對(duì)象的self變量。owner參數(shù)是所有者類的對(duì)象。如果這個(gè)描述符在類的上下文中被調(diào)用，instance參數(shù)將得到一個(gè)None值。這必須返回描述符的值。
• Descriptor.__set__(self, instance, value)：在這個(gè)方法中，instance參數(shù)是即將被訪問的對(duì)象的self變量。value參數(shù)是描述符需要設(shè)置的新值。
• Descriptor.__delete__(self, instance)在這個(gè)方法中，instance參數(shù)是即將被訪問的對(duì)象的self變量。該描述符的方法必須刪除這個(gè)屬性的值。

有時(shí)，一個(gè)描述符類還將需要一個(gè)__init__()方法函數(shù)來初始化描述符的內(nèi)部狀態(tài)。

有兩種基于已定義方法的描述符，如下所示：

1.非數(shù)據(jù)描述符：這種描述符定義__set__()或__delete__()或兩者皆有。它不能定義__get__()。非數(shù)據(jù)描述符對(duì)象往往會(huì)被用作表達(dá)式的一部分。它可能是一個(gè)可調(diào)用對(duì)象，或者它可能有自己的屬性或方法。一個(gè)不可變的非數(shù)據(jù)描述符必須實(shí)現(xiàn)__set__()，但可能只是拋出AttributeError。這些描述符設(shè)計(jì)時(shí)很簡單，因?yàn)榻涌诟`活。
2.數(shù)據(jù)描述符：這種描述符至少定義__get__()。通常，它定義__get__()和__set__()來創(chuàng)建一個(gè)可變對(duì)象。鑒于描述符將在很大程度上是不可見的，則不能更進(jìn)一步的再定義屬性或方法。屬性的引用有一個(gè)數(shù)據(jù)描述符的數(shù)據(jù)被委托給描述符的__get__()、__set__()或__delete__()方法。這些是很難設(shè)計(jì)的，所以我們稍后來再看。
描述符有各種各樣的用例。在內(nèi)部，Python使用描述符有以下幾個(gè)原因：

• 在隱藏的內(nèi)部，類的方法是作為描述符來實(shí)現(xiàn)。這些非數(shù)據(jù)描述符應(yīng)用方法函數(shù)到對(duì)象以及不同的參數(shù)值。
• property()函數(shù)通過給一個(gè)字段創(chuàng)建數(shù)據(jù)描述符來實(shí)現(xiàn)。
• 一個(gè)類方法或靜態(tài)方法被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)描述符；這被應(yīng)用到類中來代替類的實(shí)例。

當(dāng)我們考慮一個(gè)描述符的目的，我們還必須為數(shù)據(jù)作為描述符可以正常工作來考察三種常見用例，如下所示：

• 描述符對(duì)象有數(shù)據(jù)或獲取到了數(shù)據(jù)。在這種情況下，描述符對(duì)象的self變量是有意義的且描述符是有狀態(tài)的。數(shù)據(jù)描述符的__get__()方法返回這個(gè)內(nèi)部數(shù)據(jù)。非數(shù)據(jù)描述符，描述符有其他方法或?qū)傩詠碓L問這些數(shù)據(jù)。
• 包含數(shù)據(jù)的所有者實(shí)例。在這種情況下，描述符對(duì)象必須使用instance參數(shù)來引用值到所有者對(duì)象中。數(shù)據(jù)描述符的__get__()方法從實(shí)例獲取數(shù)據(jù)。非數(shù)據(jù)描述符有其他方法訪問實(shí)例數(shù)據(jù)。
• 包含相關(guān)數(shù)據(jù)的所有者類。在這種情況下，描述符對(duì)象必須使用owner參數(shù)。這是常用的當(dāng)描述符實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于整個(gè)類的靜態(tài)方法或類方法。

我們將仔細(xì)看下第一種情況。我們看看創(chuàng)建帶有__get__()和__set__()方法的數(shù)據(jù)描述符。我們也會(huì)看看創(chuàng)建沒有__get__()方法的非數(shù)據(jù)描述符。

第二種情況（所有者實(shí)例中的數(shù)據(jù)）展示了@property裝飾器都做了些什么?？赡艿膬?yōu)勢(shì)是描述符有一個(gè)傳統(tǒng)的特性將計(jì)算從擁有者類移到描述符類中。這傾向于分片類設(shè)計(jì)且可能不是最好的方法。如果計(jì)算是真正史詩般的復(fù)雜，策略模式可能會(huì)更好。

第三種情況展示@staticmethod和@classmethod裝飾器是如何實(shí)現(xiàn)的。我們不需要重新發(fā)明輪子。

1、使用非數(shù)據(jù)描述符
我們經(jīng)常會(huì)有一些緊密綁定了屬性值的小對(duì)象。對(duì)于這個(gè)示例，我們將看看數(shù)值被綁定到單位的舉措。

下面是一個(gè)簡單的非數(shù)據(jù)描述符類，它缺少一個(gè)__get__()方法：

class UnitValue_1:
  """Measure and Unit combined."""
  def __init__(self, unit):
    self.value = None
    self.unit = unit
    self.default_format = "5.2f"

  def __set__(self, instance, value):
    self.value = value

  def __str__(self):
    return "{value:{spec}} {unit}"
    .format(spec=self.default_format, **self.__dict__)

  def __format__(self, spec="5.2f"):
    #print( "formatting", spec )
    if spec == "":
      spec = self.default_format
    return "{value:{spec}} {unit}".format(spec=spec, **self.__dict__)

這個(gè)類定義了一對(duì)簡單的值，一個(gè)可變的（值），另一個(gè)是有效的不可變對(duì)象（單位）。

當(dāng)這個(gè)描述符被訪問時(shí)，描述符對(duì)象本身是可用的，且描述符的其他方法或?qū)傩钥梢员皇褂?。我們可以使用這個(gè)描述符來創(chuàng)建類去管理尺寸和其他與物理單位有關(guān)的數(shù)值。

下面是一個(gè)類，做速度-時(shí)間-距離的及早計(jì)算：

class RTD_1:
  rate = UnitValue_1("kt")
  time = UnitValue_1("hr")
  distance = UnitValue_1("nm")
  def __init__(self, rate=None, time=None, distance=None):
    if rate is None:
      self.time = time
      self.distance = distance
      self.rate = distance / time
    if time is None:
      self.rate = rate
      self.distance = distance
      self.time = distance / rate
    if distance is None:
      self.rate = rate
      self.time = time
      self.distance = rate * time

  def __str__(self):
    return "rate: {0.rate} time: {0.time} distance:{0.distance}".format(self)

一旦對(duì)象被創(chuàng)建且屬性被加載，丟失的值就已經(jīng)被計(jì)算。一旦計(jì)算，描述符可以檢查獲取值或單位的名稱。此外，描述符對(duì)str()有一個(gè)方便的響應(yīng)和請(qǐng)求格式。

下面是描述符和RTD_1類之間的交互：

>>> m1 = RTD_1(rate=5.8, distance=12)
>>> str(m1)
'rate: 5.80 kt time: 2.07 hr distance: 12.00 nm'
>>> print("Time:", m1.time.value, m1.time.unit)
Time: 2.0689655172413794 hr

我們創(chuàng)建了一個(gè)帶有rate和distance參數(shù)的RTD_1實(shí)例。這些都是用來計(jì)算rate和distance描述符的__set__()方法。

當(dāng)我們請(qǐng)求str(m1)，這會(huì)計(jì)算RTD_1的所有str()方法，轉(zhuǎn)而使用rate、time和distance描述符的__format__()方法。這為我們提供了數(shù)字和單位。

鑒于非數(shù)據(jù)描述符沒有__get__()且不返回其內(nèi)部值，我們可以訪問描述符的單個(gè)元素。

2、使用數(shù)據(jù)描述符
數(shù)據(jù)描述符設(shè)計(jì)要復(fù)雜一些，因?yàn)樗鼘?duì)接口有限制。它必須有一個(gè)__get__()方法，且只能有__set__()或__delete__()。這是所有的接口：這些方法從一到三，沒有其他方法。引入一個(gè)額外的方法意味著Python不會(huì)把該類當(dāng)作一個(gè)正確的數(shù)據(jù)描述符。

我們會(huì)使用描述符設(shè)計(jì)一個(gè)簡單的單位轉(zhuǎn)換模式，可以在__get__()和__set__()方法做適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。

下面是一個(gè)單位描述符的超類，它在其他單位和標(biāo)準(zhǔn)單位之間做轉(zhuǎn)換：

class Unit:
  conversion = 1.0
  def __get__(self, instance, owner):
    return instance.kph * self.conversion

  def __set__(self, instance, value):
    instance.kph = value / self.conversion

該類用簡單的乘法和除法將標(biāo)準(zhǔn)單位轉(zhuǎn)換為其他非標(biāo)準(zhǔn)單位，反之亦然。

通過這個(gè)超類，我們可以從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位定義一些轉(zhuǎn)換。在前面的示例，標(biāo)準(zhǔn)單位是千米時(shí)（公里/小時(shí)）。

以下是這兩個(gè)轉(zhuǎn)換描述符

class Knots(Unit):
  conversion = 0.5399568

class MPH(Unit):
  conversion = 0.62137119

繼承方法非常有用。唯一改變的是轉(zhuǎn)換因子。這些類可用于處理涉及單位轉(zhuǎn)換的值。我們可以處理英里每小時(shí)或可交換的節(jié)點(diǎn)。下面是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位的單位描述符，公里每小時(shí)：

class KPH(Unit):

  def __get__(self, instance, owner):
    return instance._kph

  def __set__(self, instance, value):
    instance._kph = value

這個(gè)類代表一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，所以不做任何轉(zhuǎn)換。它使用一個(gè)私有變量實(shí)例保存速度千米每小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值。避免任何算術(shù)轉(zhuǎn)換是一個(gè)簡單的技術(shù)優(yōu)化。避免任何一個(gè)公共字段的引用是至關(guān)重要的，來規(guī)避無限遞歸。

下面這個(gè)類，它對(duì)于一個(gè)給定的尺寸提供了一組轉(zhuǎn)換：

class Measurement:
  kph = KPH()
  knots = Knots()
  mph = MPH()
  def __init__(self, kph=None, mph=None, knots=None):
    if kph:
      self.kph = kph
    elif mph:
      self.mph = mph
    elif knots:
      self.knots = knots
    else:
      raise TypeError

  def __str__(self):
    return "rate: {0.kph} kph = {0.mph} mph = {0.knots} knots".format(self)

對(duì)于不同的單位每個(gè)類級(jí)別的屬性都是描述符。各種描述符的獲取和設(shè)置方法會(huì)做適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換。我們可以使用這個(gè)類在各種單位之間進(jìn)行速度轉(zhuǎn)換。

以下是與Measurement類交互的一個(gè)例子：

>>> m2 = Measurement(knots=5.9)
>>> str(m2)
'rate: 10.92680006993152 kph = 6.789598762345432 mph = 5.9 knots'
>>> m2.kph
10.92680006993152
>>> m2.mph
6.789598762345432

我們通過設(shè)置不同的描述符創(chuàng)建了一個(gè)Measurement類的對(duì)象。在第一個(gè)示例中，我們?cè)O(shè)置了節(jié)點(diǎn)描述符。

當(dāng)我們顯示的值是一個(gè)大字符串，則每個(gè)描述符的__get__()都將被使用。這些方法從所有者對(duì)象獲取內(nèi)部kph字段值，應(yīng)用一個(gè)轉(zhuǎn)換因子，且返回一個(gè)結(jié)果值。

kph字段還使用了一個(gè)描述符。這個(gè)描述符不做任何轉(zhuǎn)換；然而，它只是返回了緩存在所有者對(duì)象的私有值。KPH和Knots描述符要求所有者類實(shí)現(xiàn)一個(gè)kph屬性。

最新評(píng)論