Descriptors(描述符)是Python語言中一個深奧但很重要的一個黑魔法，它被廣泛應用于Python語言的內核，熟練掌握描述符將會為Python程序員的工具箱添加一個額外的技巧。本文我將講述描述符的定義以及一些常見的場景，并且在文末會補充一下__getattr，__getattribute__,__getitem__這三個同樣涉及到屬性訪問的魔術方法。
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objectattribute(對象屬性)定義了上面三個方法中的任意一個，那么這個類就可以被稱為描述符類。
描述符基礎
下面這個例子中我們創(chuàng)建了一個RevealAcess類，并且實現(xiàn)了__get__方法，現(xiàn)在這個類可以被稱為一個描述符類。
classRevealAccess(object):
def__get__(self,obj,objtype):
print('selfinRevealAccess:{}'.format(self))
print('self:{}\nobj:{}\nobjtype:{}'.format(self,obj,objtype))
classMyClass(object):
x=RevealAccess()
deftest(self):
print('selfinMyClass:{}'.format(self))
EX1實例屬性
接下來我們來看一下__get__方法的各個參數(shù)的含義，在下面這個例子中，self即RevealAccess類的實例x，obj即MyClass類的實例m，objtype顧名思義就是MyClass類自身。從輸出語句可以看出，m.x訪問描述符x會調用__get__方法。
>>>m=MyClass()
>>>m.test()
selfinMyClass:<__main__.MyClassobjectat0x7f19d4e42160>
>>>m.x
selfinRevealAccess:<__main__.RevealAccessobjectat0x7f19d4e420f0>
self:<__main__.RevealAccessobjectat0x7f19d4e420f0>
obj:<__main__.MyClassobjectat0x7f19d4e42160>
objtype:
EX2類屬性
如果通過類直接訪問屬性x，那么obj接直接為None，這還是比較好理解，因為不存在MyClass的實例。
>>>MyClass.x
selfinRevealAccess:<__main__.RevealAccessobjectat0x7f53651070f0>
self:<__main__.RevealAccessobjectat0x7f53651070f0>
obj:None
objtype:
描述符的原理
描述符觸發(fā)
上面這個例子中，我們分別從實例屬性和類屬性的角度列舉了描述符的用法，下面我們來仔細分析一下內部的原理：
如果是對實例屬性進行訪問，實際上調用了基類object的__getattribute__方法，在這個方法中將obj.d轉譯成了type(obj).__dict__['d'].__get__(obj,type(obj))。
如果是對類屬性進行訪問，相當于調用了元類type的__getattribute__方法，它將cls.d轉譯成cls.__dict__['d'].__get__(None,cls)，這里__get__()的obj為的None，因為不存在實例。
簡單講一下__getattribute__魔術方法，這個方法在我們訪問一個對象的屬性的時候會被無條件調用，詳細的細節(jié)比如和__getattr,__getitem__的區(qū)別我會在文章的末尾做一個額外的補充，我們暫時并不深究。
描述符優(yōu)先級
首先，描述符分為兩種:
如果一個對象同時定義了__get__()和__set__()方法，則這個描述符被稱為datadescriptor。
如果一個對象只定義了__get__()方法，則這個描述符被稱為non-datadescriptor。
我們對屬性進行訪問的時候存在下面四種情況：
datadescriptor
instancedict
non-datadescriptor
__getattr__()
它們的優(yōu)先級大小是：
datadescriptor>instancedict>non-datadescriptor>__getattr__()
這是什么意思呢?就是說如果實例對象obj中出現(xiàn)了同名的datadescriptor->d和instanceattribute->d，obj.d對屬性d進行訪問的時候，由于datadescriptor具有更高的優(yōu)先級，Python便會調用type(obj).__dict__['d'].__get__(obj,type(obj))而不是調用obj.__dict__[‘d’]。但是如果描述符是個non-datadescriptor，Python則會調用obj.__dict__['d']。
Property
每次使用描述符的時候都定義一個描述符類，這樣看起來非常繁瑣。Python提供了一種簡潔的方式用來向屬性添加數(shù)據(jù)描述符。
property(fget=None,fset=None,fdel=None,doc=None)->propertyattribute
fget、fset和fdel分別是類的getter、setter和deleter方法。我們通過下面的一個示例來說明如何使用Property：
classAccount(object):
def__init__(self):
self._acct_num=None
defget_acct_num(self):
returnself._acct_num
defset_acct_num(self,value):
self._acct_num=value
defdel_acct_num(self):
delself._acct_num
acct_num=property(get_acct_num,set_acct_num,del_acct_num,'_acct_numproperty.')
如果acct是Account的一個實例，acct.acct_num將會調用getter，acct.acct_num=value將調用setter，delacct_num.acct_num將調用deleter。
>>>acct=Account()
>>>acct.acct_num=1000
>>>acct.acct_num
1000
Python也提供了@property裝飾器，對于簡單的應用場景可以使用它來創(chuàng)建屬性。一個屬性對象擁有getter,setter和deleter裝飾器方法，可以使用它們通過對應的被裝飾函數(shù)的accessor函數(shù)創(chuàng)建屬性的拷貝。
classAccount(object):
def__init__(self):
self._acct_num=None
@property
#the_acct_numproperty.thedecoratorcreatesaread-onlyproperty
defacct_num(self):
returnself._acct_num
@acct_num.setter
#the_acct_numpropertysettermakesthepropertywriteable
defset_acct_num(self,value):
self._acct_num=value
@acct_num.deleter
defdel_acct_num(self):
delself._acct_num
如果想讓屬性只讀，只需要去掉setter方法。
在運行時創(chuàng)建描述符
我們可以在運行時添加property屬性：
classPerson(object):
defaddProperty(self,attribute):
#createlocalsetterandgetterwithaparticularattributename
getter=lambdaself:self._getProperty(attribute)
setter=lambdaself,value:self._setProperty(attribute,value)
#constructpropertyattributeandaddittotheclass
setattr(self.__class__,attribute,property(fget=getter,\
fset=setter,\
doc="Auto-generatedmethod"))
def_setProperty(self,attribute,value):
print("Setting:{}={}".format(attribute,value))
setattr(self,'_'+attribute,value.title())
def_getProperty(self,attribute):
print("Getting:{}".format(attribute))
returngetattr(self,'_'+attribute)
>>>user=Person()
>>>user.addProperty('name')
>>>user.addProperty('phone')
>>>user.name='johnsmith'
Setting:name=johnsmith
>>>user.phone='12345'
Setting:phone=12345
>>>user.name
Getting:name
'JohnSmith'
>>>user.__dict__
{'_phone':'12345','_name':'JohnSmith'}
靜態(tài)方法和類方法
我們可以使用描述符來模擬Python中的@staticmethod和@classmethod的實現(xiàn)。我們首先來瀏覽一下下面這張表：
靜態(tài)方法
對于靜態(tài)方法f。c.f和C.f是等價的，都是直接查詢object.__getattribute__(c,‘f’)或者object.__getattribute__(C,’f‘)。靜態(tài)方法一個明顯的特征就是沒有self變量。
靜態(tài)方法有什么用呢?假設有一個處理專門數(shù)據(jù)的容器類，它提供了一些方法來求平均數(shù)，中位數(shù)等統(tǒng)計數(shù)據(jù)方式，這些方法都是要依賴于相應的數(shù)據(jù)的。但是類中可能還有一些方法，并不依賴這些數(shù)據(jù)，這個時候我們可以將這些方法聲明為靜態(tài)方法，同時這也可以提高代碼的可讀性。
使用非數(shù)據(jù)描述符來模擬一下靜態(tài)方法的實現(xiàn)：
classStaticMethod(object):
def__init__(self,f):
self.f=f
def__get__(self,obj,objtype=None):
returnself.f
我們來應用一下：
classMyClass(object):
@StaticMethod
defget_x(x):
returnx
print(MyClass.get_x(100))#output:100
類方法
Python的@classmethod和@staticmethod的用法有些類似，但是還是有些不同，當某些方法只需要得到類的引用而不關心類中的相應的數(shù)據(jù)的時候就需要使用classmethod了。
使用非數(shù)據(jù)描述符來模擬一下類方法的實現(xiàn)：
classClassMethod(object):
def__init__(self,f):
self.f=f
def__get__(self,obj,klass=None):
ifklassisNone:
klass=type(obj)
defnewfunc(*args):
returnself.f(klass,*args)
returnnewfunc
其他的魔術方法
首次接觸Python魔術方法的時候，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相關的魔術方法，其中重寫__getattr__，__getitem__來構造一個自己的集合類非常的常用，下面我們就通過一些例子來看一下它們的應用。
__getattr__
Python默認訪問類/實例的某個屬性都是通過__getattribute__來調用的，__getattribute__會被無條件調用，沒有找到的話就會調用__getattr__。如果我們要定制某個類，通常情況下我們不應該重寫__getattribute__，而是應該重寫__getattr__，很少看見重寫__getattribute__的情況。
從下面的輸出可以看出，當一個屬性通過__getattribute__無法找到的時候會調用__getattr__。
In[1]:classTest(object):
...:def__getattribute__(self,item):
...:print('call__getattribute__')
...:returnsuper(Test,self).__getattribute__(item)
...:def__getattr__(self,item):
...:return'call__getattr__'
...:
In[2]:Test().a
call__getattribute__
Out[2]:'call__getattr__'
應用
對于默認的字典，Python只支持以obj['foo']形式來訪問，不支持obj.foo的形式，我們可以通過重寫__getattr__讓字典也支持obj['foo']的訪問形式，這是一個非常經(jīng)典常用的用法：
classStorage(dict):
"""AStorageobjectislikeadictionaryexceptobj.foocanbeusedinadditiontoobj['foo']."""
def__getattr__(self,key):
try:
returnself[key]
exceptKeyErrorask:
raiseAttributeError(k)
def__setattr__(self,key,value):
self[key]=value
def__delattr__(self,key):
try:
delself[key]
exceptKeyErrorask:
raiseAttributeError(k)
def__repr__(self):
return''!
我們來使用一下我們自定義的加強版字典：
>>>s=Storage(a=1)
>>>s['a']
1
>>>s.a
1
>>>s.a=2
>>>s['a']
2
>>>dels.a
>>>s.a
...
AttributeError:'a'
__getitem__
getitem用于通過下標[]的形式來獲取對象中的元素，下面我們通過重寫__getitem__來實現(xiàn)一個自己的list。
classMyList(object):
def__init__(self,*args):
self.numbers=args
def__getitem__(self,item):
returnself.numbers[item]
my_list=MyList(1,2,3,4,6,5,3)
printmy_list[2]
這個實現(xiàn)非常的簡陋，不支持slice和step等功能，請讀者自行改進，這里我就不重復了。
應用
下面是參考requests庫中對于__getitem__的一個使用，我們定制了一個忽略屬性大小寫的字典類。
程序有些復雜，我稍微解釋一下：由于這里比較簡單，沒有使用描述符的需求，所以使用了@property裝飾器來代替，lower_keys的功能是將實例字典中的鍵全部轉換成小寫并且存儲在字典self._lower_keys中。重寫了__getitem__方法，以后我們訪問某個屬性首先會將鍵轉換為小寫的方式，然后并不會直接訪問實例字典，而是會訪問字典self._lower_keys去查找。賦值/刪除操作的時候由于實例字典會進行變更，為了保持self._lower_keys和實例字典同步，首先清除self._lower_keys的內容，以后我們重新查找鍵的時候再調用__getitem__的時候會重新新建一個self._lower_keys。
classCaseInsensitiveDict(dict):
@property
deflower_keys(self):
ifnothasattr(self,'_lower_keys')ornotself._lower_keys:
self._lower_keys=dict((k.lower(),k)forkinself.keys())
returnself._lower_keys
def_clear_lower_keys(self):
ifhasattr(self,'_lower_keys'):
self._lower_keys.clear()
def__contains__(self,key):
returnkey.lower()inself.lower_keys
def__getitem__(self,key):
ifkeyinself:
returndict.__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()
defget(self,key,default=None):
ifkeyinself:
returnself[key]
else:
returndefault
我們來調用一下這個類：
>>>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
以上內容為大家介紹了Python之描述符，希望對大家有所幫助，如果想要了解更多Python相關知識，請關注多測師。http://www.duolefu.net/xwzx/
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