Python学习之描述符详解

Descriptors( 描述符 ) 是语言中一个深奥但很重要的一个黑魔法，它被广泛应用于 Python 语言的内核，熟练掌握描述符将会为 Python程序员的工具箱添加一个额外的技巧。本文将讲述描述符的定义以及一些常见的场景，并且在文末会补充一下 __getattr ， __getattribute__, __getitem__ 这三个同样涉及到属性访问的魔术方法，希望对大家学习python有所帮助。

　　描述符的定义

　　descr__get__(self, obj, objtype=None) --> value

　　descr.__set__(self, obj, value) --> None

　　descr.__delete__(self, obj) --> None

　　只要一个object attribute( 对象属性 ) 定义了上面三个方法中的任意一个，那么这个类就可以被称为描述符类。

　　描述符基础

　　下面这个例子中我们创建了一个RevealAcess 类，并且实现了 __get__ 方法，现在这个类可以被称为一个描述符类。

　　class RevealAccess(object):

　　def __get__(self, obj, objtype):

　　print('self in RevealAccess: {}'.format(self))

　　print('self: {}\nobj: {}\nobjtype: {}'.format(self, obj, objtype))

　　class MyClass(object):

　　x = RevealAccess()

　　def test(self):

　　print('self in MyClass: {}'.format(self))

　　 EX1实例属性

　　接下来我们来看一下__get__ 方法的各个参数的含义，在下面这个例子中， self 即 RevealAccess 类的实例 x ， obj 即 MyClass 类的实例 m ， objtype 顾名思义就是 MyClass 类自身。从输出语句可以看出， m.x 访问描述符 x 会调用 __get__ 方法。

　　>>> m = MyClass()

　　>>> m.test()

　　self in MyClass:<__main__.myclass object="" at="" 0x7f19d4e42160="">

　　>>> m.x

　　self in RevealAccess:<__main__.revealaccess object="" at="" 0x7f19d4e420f0="">

　　self:<__main__.revealaccess object="" at="" 0x7f19d4e420f0="">

　　obj:<__main__.myclass object="" at="" 0x7f19d4e42160="">

　　objtype:

　　 EX2类属性

　　如果通过类直接访问属性x ，那么 obj 接直接为 None ，这还是比较好理解，因为不存在 MyClass 的实例。

　　>>> MyClass.x

　　self in RevealAccess:<__main__.revealaccess object="" at="" 0x7f53651070f0="">

　　self:<__main__.revealaccess object="" at="" 0x7f53651070f0="">

　　obj: None

　　objtype:

　　描述符的原理

　　描述符触发

　　上面这个例子中，我们分别从实例属性和类属性的角度列举了描述符的用法，下面我们来仔细分析一下内部的原理：

　　如果是对实例属性进行访问，实际上调用了基类object 的 __getattribute__ 方法，在这个方法中将 obj.d 转译成了 type(obj).__dict__['d'].__get__(obj, type(obj)) 。

　　如果是对类属性进行访问，相当于调用了元类type 的 __getattribute__ 方法，它将 cls.d 转译成 cls.__dict__['d'].__get__(None, cls) ，这里 __get__() 的 obj 为的 None ，因为不存在实例。

　　简单讲一下__getattribute__ 魔术方法，这个方法在我们访问一个对象的属性的时候会被无条件调用，详细的细节比如和 __getattr, __getitem__ 的区别我会在的末尾做一个额外的补充，我们暂时并不深究。

　　描述符优先级

　　首先，描述符分为两种:

　　如果一个对象同时定义了__get__() 和 __set__() 方法，则这个描述符被称为 data descriptor 。

　　如果一个对象只定义了__get__() 方法，则这个描述符被称为 non-data descriptor 。

　　我们对属性进行访问的时候存在下面四种情况：

　　data descriptor

　　instance dict

　　non-data descriptor

　　__getattr__()

　　它们的优先级大小是：

　　data descriptor > instance dict > non-data descriptor > __getattr__()

　　这是什么意思呢？就是说如果实例对象obj 中出现了同名的 data descriptor->d 和 instance attribute->d ， obj.d 对属性 d 进行访问的时候，由于 data descriptor 具有更高的优先级， Python 便会调用 type(obj).__dict__['d'].__get__(obj, type(obj)) 而不是调用 obj.__dict__[‘d’] 。但是如果描述符是个 non-data descriptor ， Python 则会调用 obj.__dict__['d'] 。

　　 Property

　　每次使用描述符的时候都定义一个描述符类，这样看起来非常繁琐。Python 提供了一种简洁的方式用来向属性添加数据描述符。

　　property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None) -> property attribute

　　fget 、 fset 和 fdel 分别是类的 getter 、 setter 和 deleter 方法。我们通过下面的一个示例来说明如何使用 Property ：

　　class Account(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, '_acct_num property.')

　　如果acct 是 Account 的一个实例， acct.acct_num 将会调用 getter ， acct.acct_num = value 将调用 setter ， del acct_num.acct_num 将调用 deleter 。

　　>>> acct = Account()

　　>>> acct.acct_num = 1000

　　>>> acct.acct_num

　　1000

　　Python 也提供了 @property 装饰器，对于简单的应用场景可以使用它来创建属性。一个属性对象拥有 getter,setter 和 deleter 装饰器方法，可以使用它们通过对应的被装饰函数的 accessor 函数创建属性的拷贝。

　　class Account(object):

　　def __init__(self):

　　self._acct_num = None

　　@property

　　# the _acct_num property. the decorator creates a read-only property

　　def acct_num(self):

　　return self._acct_num

　　@acct_num.setter

　　# the _acct_num property setter makes the property writeable

　　def set_acct_num(self, value):

　　self._acct_num = value

　　@acct_num.deleter

　　def del_acct_num(self):

　　del self._acct_num

　　如果想让属性只读，只需要去掉setter 方法。

　　在运行时创建描述符

　　我们可以在运行时添加property 属性：

　　class Person(object):

　　def addProperty(self, attribute):

　　# create local setter and getter with a particular attribute name

　　getter = lambda self: self._getProperty(attribute)

　　setter = lambda self, value: self._setProperty(attribute, value)

　　# construct property attribute and add it to the class

　　setattr(self.__class__, attribute, property(fget=getter, \

　　fset=setter, \

　　doc="Auto-generated method"))

　　def _setProperty(self, attribute, value):

　　print("Setting: {} = {}".format(attribute, value))

　　setattr(self, '_' + attribute, value.title())

　　def _getProperty(self, attribute):

　　print("Getting: {}".format(attribute))

　　return getattr(self, '_' + attribute)

　　>>> user = Person()

　　>>> user.addProperty('name')

　　>>> user.addProperty('phone')

　　>>> user.name = 'john smith'

　　Setting: name = john smith

　　>>> user.phone = '12345'

　　Setting: phone = 12345

　　>>> user.name

　　Getting: name

　　'John Smith'

　　>>> user.__dict__

　　{'_phone': '12345', '_name': 'John Smith'}

　　静态方法和类方法

　　我们可以使用描述符来模拟Python 中的 @staticmethod 和 @classmethod 的实现。我们首先来浏览一下下面这张表：

　　静态方法

　　对于静态方法f 。 c.f 和 C.f 是等价的，都是直接查询 object.__getattribute__(c, ‘f’) 或者 object.__getattribute__(C, ’f‘) 。静态方法一个明显的特征就是没有 self 变量。

　　静态方法有什么用呢？假设有一个处理专门数据的容器类，它提供了一些方法来求平均数，中位数等统计数据方式，这些方法都是要依赖于相应的数据的。但是类中可能还有一些方法，并不依赖这些数据，这个时候我们可以将这些方法声明为静态方法，同时这也可以提高代码的可读性。

　　使用非数据描述符来模拟一下静态方法的实现：

　　class StaticMethod(object):

　　def __init__(self, f):

　　self.f = f

　　def __get__(self, obj, objtype=None):

　　return self.f

　　我们来应用一下：

　　class MyClass(object):

　　@StaticMethod

　　def get_x(x):

　　return x

　　print(MyClass.get_x(100)) # output: 100

　　类方法

　　Python 的 @classmethod 和 @staticmethod 的用法有些类似，但是还是有些不同，当某些方法只需要得到类的引用而不关心类中的相应的数据的时候就需要使用 classmethod 了。

　　使用非数据描述符来模拟一下类方法的实现：

　　class ClassMethod(object):

　　def __init__(self, f):

　　self.f = f

　　def __get__(self, obj, klass=None):

　　if klass is None:

　　klass = type(obj)

　　def newfunc(*args):

　　return self.f(klass, *args)

　　return newfunc

　　其他的魔术方法

　　首次接触Python 魔术方法的时候，我也被 __get__, __getattribute__, __getattr__, __getitem__ 之间的区别困扰到了，它们都是和属性访问相关的魔术方法，其中重写 __getattr__ ， __getitem__ 来构造一个自己的集合类非常的常用，下面我们就通过一些例子来看一下它们的应用。

　　__getattr__

　　Python 默认访问类 / 实例的某个属性都是通过 __getattribute__ 来调用的， __getattribute__ 会被无条件调用，没有找到的话就会调用 __getattr__ 。如果我们要定制某个类，通常情况下我们不应该重写 __getattribute__ ，而是应该重写 __getattr__ ，很少看见重写 __getattribute__ 的情况。

　　从下面的输出可以看出，当一个属性通过__getattribute__ 无法找到的时候会调用 __getattr__ 。

　　In [1]: class Test(object):

　　...: def __getattribute__(self, item):

　　...: print('call __getattribute__')

　　...: return super(Test, self).__getattribute__(item)

　　...: def __getattr__(self, item):

　　...: return 'call __getattr__'

　　...:

　　In [2]: Test().a

　　call __getattribute__

　　Out[2]: 'call __getattr__'

　　应用

　　对于默认的字典，Python 只支持以 obj['foo'] 形式来访问，不支持 obj.foo 的形式，我们可以通过重写 __getattr__ 让字典也支持 obj['foo'] 的访问形式，这是一个非常经典常用的用法：

　　class Storage(dict):

　　""" A Storage object is like a dictionary except `obj.foo` can be used in addition to `obj['foo']`. """

　　def __getattr__(self, key):

　　try:

　　return self[key]

　　except KeyError as k:

　　raise AttributeError(k)

　　def __setattr__(self, key, value):

　　self[key] = value

　　def __delattr__(self, key):

　　try:

　　del self[key]

　　except KeyError as k:

　　raise AttributeError(k)

　　def __repr__(self):

　　return ''!

　　我们来使用一下我们自定义的加强版字典：

　　>>> s = Storage(a=1)

　　>>> s['a']

　　>>> s.a

　　>>> s.a = 2

　　>>> s['a']

　　>>> del s.a

　　>>> s.a

　　...

　　AttributeError: 'a'

　　__getitem__

　　getitem 用于通过下标 [] 的形式来获取对象中的元素，下面我们通过重写 __getitem__ 来实现一个自己的 list 。

　　class MyList(object):

　　def __init__(self, *args):

　　self.numbers = args

　　def __getitem__(self, item):

　　return self.numbers[item]

　　my_list = MyList(1, 2, 3, 4, 6, 5, 3)

　　print my_list[2]

　　这个实现非常的简陋，不支持slice 和 step 等功能，请读者自行改进，这里我就不重复了。

　　应用

　　下面是参考requests 库中对于 __getitem__ 的一个使用，我们定制了一个忽略属性大小写的字典类。

　　程序有些复杂，我稍微解释一下：由于这里比较简单，没有使用描述符的需求，所以使用了@property 装饰器来代替， lower_keys 的功能是将实例字典中的键全部转换成小写并且存储在字典 self._lower_keys 中。重写了 __getitem__ 方法，以后我们访问某个属性首先会将键转换为小写的方式，然后并不会直接访问实例字典，而是会访问字典 self._lower_keys 去查找。赋值 / 删除操作的时候由于实例字典会进行变更，为了保持 self._lower_keys 和实例字典同步，首先清除 self._lower_keys 的内容，以后我们重新查找键的时候再调用 __getitem__ 的时候会重新新建一个 self._lower_keys 。

　　class CaseInsensitiveDict(dict):

　　@property

　　def lower_keys(self):

　　if not hasattr(self, '_lower_keys') or not self._lower_keys:

　　self._lower_keys = dict((k.lower(), k) for k in self.keys())

　　return self._lower_keys

　　def _clear_lower_keys(self):

　　if hasattr(self, '_lower_keys'):

　　self._lower_keys.clear()

　　def __contains__(self, key):

　　return key.lower() in self.lower_keys

　　def __getitem__(self, key):

　　if key in self:

　　return dict.__getitem__(self, self.lower_keys[key.lower()])

　　def __setitem__(self, key, value):

　　dict.__setitem__(self, key, value)

　　self._clear_lower_keys()

　　def __delitem__(self, key):

　　dict.__delitem__(self, key)

　　self._lower_keys.clear()

　　def get(self, key, default=None):

　　if key in self:

　　return self[key]

　　else:

　　return default

　　我们来调用一下这个类：

　　>>> d = CaseInsensitiveDict()

　　>>> d['ziwenxie'] = 'ziwenxie'

　　>>> d['ZiWenXie'] = 'ZiWenXie'

　　>>> print(d)

　　{'ZiWenXie': 'ziwenxie', 'ziwenxie': 'ziwenxie'}

　　>>> print(d['ziwenxie'])

　　ziwenxie

　　# d['ZiWenXie'] => d['ziwenxie']

　　>>> print(d['ZiWenXie'])

　　ziwenxie

来源：软件测试混混的博客

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