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Descriptors( 描述符 ) 是語(yǔ)言中一個(gè)深?yuàn)W但很重要的一個(gè)黑魔法，它被廣泛應(yīng)用于 Python 語(yǔ)言的內(nèi)核，熟練掌握描述符將會(huì)為 Python程序員的工具箱添加一個(gè)額外的技巧。本文將講述描述符的定義以及一些常見(jiàn)的場(chǎng)景，并且在文末會(huì)補(bǔ)充一下 __getattr ， __getattribute__, __getitem__ 這三個(gè)同樣涉及到屬性訪問(wèn)的魔術(shù)方法，希望對(duì)大家學(xué)習(xí)python有所幫助。

　　描述符的定義

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

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

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

　　只要一個(gè)object attribute( 對(duì)象屬性 ) 定義了上面三個(gè)方法中的任意一個(gè)，那么這個(gè)類(lèi)就可以被稱(chēng)為描述符類(lèi)。

　　描述符基礎(chǔ)

　　下面這個(gè)例子中我們創(chuàng)建了一個(gè)RevealAcess 類(lèi)，并且實(shí)現(xiàn)了 __get__ 方法，現(xiàn)在這個(gè)類(lèi)可以被稱(chēng)為一個(gè)描述符類(lèi)。

　　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實(shí)例屬性

　　接下來(lái)我們來(lái)看一下__get__ 方法的各個(gè)參數(shù)的含義，在下面這個(gè)例子中， self 即 RevealAccess 類(lèi)的實(shí)例 x ， obj 即 MyClass 類(lèi)的實(shí)例 m ， objtype 顧名思義就是 MyClass 類(lèi)自身。從輸出語(yǔ)句可以看出， m.x 訪問(wèn)描述符 x 會(huì)調(diào)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類(lèi)屬性

　　如果通過(guò)類(lèi)直接訪問(wèn)屬性x ，那么 obj 接直接為 None ，這還是比較好理解，因?yàn)椴淮嬖?/span> MyClass 的實(shí)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

　　描述符觸發(fā)

　　上面這個(gè)例子中，我們分別從實(shí)例屬性和類(lèi)屬性的角度列舉了描述符的用法，下面我們來(lái)仔細(xì)分析一下內(nèi)部的原理：

　　如果是對(duì)實(shí)例屬性進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)際上調(diào)用了基類(lèi)object 的 __getattribute__ 方法，在這個(gè)方法中將 obj.d 轉(zhuǎn)譯成了 type(obj).__dict__['d'].__get__(obj, type(obj)) 。

　　如果是對(duì)類(lèi)屬性進(jìn)行訪問(wèn)，相當(dāng)于調(diào)用了元類(lèi)type 的 __getattribute__ 方法，它將 cls.d 轉(zhuǎn)譯成 cls.__dict__['d'].__get__(None, cls) ，這里 __get__() 的 obj 為的 None ，因?yàn)椴淮嬖趯?shí)例。

　　簡(jiǎn)單講一下__getattribute__ 魔術(shù)方法，這個(gè)方法在我們?cè)L問(wèn)一個(gè)對(duì)象的屬性的時(shí)候會(huì)被無(wú)條件調(diào)用，詳細(xì)的細(xì)節(jié)比如和 __getattr, __getitem__ 的區(qū)別我會(huì)在的末尾做一個(gè)額外的補(bǔ)充，我們暫時(shí)并不深究。

　　描述符優(yōu)先級(jí)

　　首先，描述符分為兩種:

　　如果一個(gè)對(duì)象同時(shí)定義了__get__() 和 __set__() 方法，則這個(gè)描述符被稱(chēng)為 data descriptor 。

　　如果一個(gè)對(duì)象只定義了__get__() 方法，則這個(gè)描述符被稱(chēng)為 non-data descriptor 。

　　我們對(duì)屬性進(jìn)行訪問(wèn)的時(shí)候存在下面四種情況：

　　data descriptor

　　instance dict

　　non-data descriptor

　　__getattr__()

　　它們的優(yōu)先級(jí)大小是：

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

　　這是什么意思呢？就是說(shuō)如果實(shí)例對(duì)象obj 中出現(xiàn)了同名的 data descriptor->d 和 instance attribute->d ， obj.d 對(duì)屬性 d 進(jìn)行訪問(wèn)的時(shí)候，由于 data descriptor 具有更高的優(yōu)先級(jí)， Python 便會(huì)調(diào)用 type(obj).__dict__['d'].__get__(obj, type(obj)) 而不是調(diào)用 obj.__dict__[‘d’] 。但是如果描述符是個(gè) non-data descriptor ， Python 則會(huì)調(diào)用 obj.__dict__['d'] 。

　　 Property

　　每次使用描述符的時(shí)候都定義一個(gè)描述符類(lèi)，這樣看起來(lái)非常繁瑣。Python 提供了一種簡(jiǎn)潔的方式用來(lái)向?qū)傩蕴砑訑?shù)據(jù)描述符。

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

　　fget 、 fset 和 fdel 分別是類(lèi)的 getter 、 setter 和 deleter 方法。我們通過(guò)下面的一個(gè)示例來(lái)說(shuō)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 的一個(gè)實(shí)例， acct.acct_num 將會(huì)調(diào)用 getter ， acct.acct_num = value 將調(diào)用 setter ， del acct_num.acct_num 將調(diào)用 deleter 。

　　>>> acct = Account()

　　>>> acct.acct_num = 1000

　　>>> acct.acct_num

　　1000

　　Python 也提供了 @property 裝飾器，對(duì)于簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)景可以使用它來(lái)創(chuàng)建屬性。一個(gè)屬性對(duì)象擁有 getter,setter 和 deleter 裝飾器方法，可以使用它們通過(guò)對(duì)應(yīng)的被裝飾函數(shù)的 accessor 函數(shù)創(chuàng)建屬性的拷貝。

　　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

　　如果想讓屬性只讀，只需要去掉setter 方法。

　　在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建描述符

　　我們可以在運(yùn)行時(shí)添加property 屬性：

　　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'}

　　靜態(tài)方法和類(lèi)方法

　　我們可以使用描述符來(lái)模擬Python 中的 @staticmethod 和 @classmethod 的實(shí)現(xiàn)。我們首先來(lái)瀏覽一下下面這張表：

　　靜態(tài)方法

　　對(duì)于靜態(tài)方法f 。 c.f 和 C.f 是等價(jià)的，都是直接查詢(xún) object.__getattribute__(c, ‘f’) 或者 object.__getattribute__(C, ’f‘) 。靜態(tài)方法一個(gè)明顯的特征就是沒(méi)有 self 變量。

　　靜態(tài)方法有什么用呢？假設(shè)有一個(gè)處理專(zhuān)門(mén)數(shù)據(jù)的容器類(lèi)，它提供了一些方法來(lái)求平均數(shù)，中位數(shù)等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)方式，這些方法都是要依賴(lài)于相應(yīng)的數(shù)據(jù)的。但是類(lèi)中可能還有一些方法，并不依賴(lài)這些數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)候我們可以將這些方法聲明為靜態(tài)方法，同時(shí)這也可以提高代碼的可讀性。

　　使用非數(shù)據(jù)描述符來(lái)模擬一下靜態(tài)方法的實(shí)現(xiàn)：

　　class StaticMethod(object):

　　def __init__(self, f):

　　self.f = f

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

　　return self.f

　　我們來(lái)應(yīng)用一下：

　　class MyClass(object):

　　@StaticMethod

　　def get_x(x):

　　return x

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

　　類(lèi)方法

　　Python 的 @classmethod 和 @staticmethod 的用法有些類(lèi)似，但是還是有些不同，當(dāng)某些方法只需要得到類(lèi)的引用而不關(guān)心類(lèi)中的相應(yīng)的數(shù)據(jù)的時(shí)候就需要使用 classmethod 了。

　　使用非數(shù)據(jù)描述符來(lái)模擬一下類(lèi)方法的實(shí)現(xiàn)：

　　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

　　其他的魔術(shù)方法

　　首次接觸Python 魔術(shù)方法的時(shí)候，我也被 __get__, __getattribute__, __getattr__, __getitem__ 之間的區(qū)別困擾到了，它們都是和屬性訪問(wèn)相關(guān)的魔術(shù)方法，其中重寫(xiě) __getattr__ ， __getitem__ 來(lái)構(gòu)造一個(gè)自己的集合類(lèi)非常的常用，下面我們就通過(guò)一些例子來(lái)看一下它們的應(yīng)用。

　　__getattr__

　　Python 默認(rèn)訪問(wèn)類(lèi) / 實(shí)例的某個(gè)屬性都是通過(guò) __getattribute__ 來(lái)調(diào)用的， __getattribute__ 會(huì)被無(wú)條件調(diào)用，沒(méi)有找到的話就會(huì)調(diào)用 __getattr__ 。如果我們要定制某個(gè)類(lèi)，通常情況下我們不應(yīng)該重寫(xiě) __getattribute__ ，而是應(yīng)該重寫(xiě) __getattr__ ，很少看見(jiàn)重寫(xiě) __getattribute__ 的情況。

　　從下面的輸出可以看出，當(dāng)一個(gè)屬性通過(guò)__getattribute__ 無(wú)法找到的時(shí)候會(huì)調(diào)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__'

　　應(yīng)用

　　對(duì)于默認(rèn)的字典，Python 只支持以 obj['foo'] 形式來(lái)訪問(wèn)，不支持 obj.foo 的形式，我們可以通過(guò)重寫(xiě) __getattr__ 讓字典也支持 obj['foo'] 的訪問(wèn)形式，這是一個(gè)非常經(jīng)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 ''!

　　我們來(lái)使用一下我們自定義的加強(qiáng)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 用于通過(guò)下標(biāo) [] 的形式來(lái)獲取對(duì)象中的元素，下面我們通過(guò)重寫(xiě) __getitem__ 來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)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]

　　這個(gè)實(shí)現(xiàn)非常的簡(jiǎn)陋，不支持slice 和 step 等功能，請(qǐng)讀者自行改進(jìn)，這里我就不重復(fù)了。

　　應(yīng)用

　　下面是參考requests 庫(kù)中對(duì)于 __getitem__ 的一個(gè)使用，我們定制了一個(gè)忽略屬性大小寫(xiě)的字典類(lèi)。

　　程序有些復(fù)雜，我稍微解釋一下：由于這里比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有使用描述符的需求，所以使用了@property 裝飾器來(lái)代替， lower_keys 的功能是將實(shí)例字典中的鍵全部轉(zhuǎn)換成小寫(xiě)并且存儲(chǔ)在字典 self._lower_keys 中。重寫(xiě)了 __getitem__ 方法，以后我們?cè)L問(wèn)某個(gè)屬性首先會(huì)將鍵轉(zhuǎn)換為小寫(xiě)的方式，然后并不會(huì)直接訪問(wèn)實(shí)例字典，而是會(huì)訪問(wèn)字典 self._lower_keys 去查找。賦值 / 刪除操作的時(shí)候由于實(shí)例字典會(huì)進(jìn)行變更，為了保持 self._lower_keys 和實(shí)例字典同步，首先清除 self._lower_keys 的內(nèi)容，以后我們重新查找鍵的時(shí)候再調(diào)用 __getitem__ 的時(shí)候會(huì)重新新建一個(gè) 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

　　我們來(lái)調(diào)用一下這個(gè)類(lèi)：

　　>>> 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

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