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Python学习之属性访问与描述符详解

时间:2017-04-29 20:55:08      阅读:195      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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Python开发中,对于一个对象的属性访问,我们一般采用的是点(.)属性运算符进行操作。例如,有一个类实例对象 foo ,它有一个 name 属性,那便可以使用 foo.name 对此属性进行访问。一般而言,点(.)属性运算符比较直观,也是我们经常碰到的一种属性访问方式。然而,在点(.)属性运算符的背后却是别有洞天,值得我们对对象的属性访问进行探讨。
在进行对象属性访问的分析之前,我们需要先了解一下对象怎么表示其属性。为了便于说明,本文以新式类为例。有关新式类和旧式类的区别,大家可以查看Python官方文档。
对象的属性
Python中,一切皆对象。我们可以给对象设置各种属性。先来看一个简单的例子:
class Animal(object):
run = True
class Dog(Animal):
fly = False
def __init__(self, age):
self.age = age
def sound(self):
return "wang wang~"
上面的例子中,我们定义了两个类。类 Animal 定义了一个属性 run ;类 Dog 继承自 Animal ,定义了一个属性 fly 和两个函数。接下来,我们实例化一个对象。对象的属性可以从特殊属性 __dict__ 中查看。
实例化一个对象dog>>> dog = Dog(1)# 查看dog对象的属性>>> dog.__dict__
{’age’: 1}# 查看类Dog的属性>>> Dog.__dict__
dict_proxy({’__doc__’: None,
’__init__’:,
’__module__’: ’__main__’,
’fly’: False,
’sound’:})# 查看类Animal的属性>>> Animal.__dict__
dict_proxy({’__dict__’:,
’__doc__’: None,
’__module__’: ’__main__’,
’__weakref__’:,
’run’: True})
由上面的例子可以看出:属性在哪个对象上定义,便会出现在哪个对象的 __dict__ 中。例如:
· 类 Animal 定义了一个属性 run ,那这个 run 属性便只会出现在类 Animal  __dict__中,而不会出现在其子类中。
· 类 Dog 定义了一个属性 fly 和两个函数,那这些属性和方法便会出现在类 Dog  __dict__ 中,同时它们也不会出现在实例的__dict__ 中。
· 实例对象 dog  __dict__ 中只出现了一个属性 age ,这是在初始化实例对象的时候添加的,它没有父类的属性和方法。
· 由此可知:Python中对象的属性具有 层次性 ,属性在哪个对象上定义,便会出现在哪个对象的__dict__ 中。
在这里我们首先了解的是属性值会存储在对象的 __dict__ 中,查找也会在对象的 __dict__中进行查找的。至于Python对象进行属性访问时,会按照怎样的规则来查找属性值呢?这个问题在后文中进行讨论。
对象属性访问与特殊方法 __getattribute__
正如前面所述,Python的属性访问方式很直观,使用点属性运算符。在新式类中,对对象属性的访问,都会调用特殊方法__getattribute__  __getattribute__ 允许我们在访问对象属性时自定义访问行为,但是使用它特别要小心无限递归的问题。
还是以上面的情景为例:
class Animal(object):
run = True
class Dog(Animal):
fly = False
def __init__(self, age):
self.age = age
重写__getattribute__。需要注意的是重写的方法中不能
使用对象的点运算符访问属性,否则使用点运算符访问属性时,
会再次调用__getattribute__。这样就会陷入无限递归。
可以使用super()方法避免这个问题。
def __getattribute__(self, key):
print  "calling __getattribute__\n"
return super(Dog, self).__getattribute__(key)
def sound(self):
return "wang wang~"
上面的例子中我们重写了 __getattribute__ 方法。注意我们使用了 super() 方法来避免无限循环问题。下面我们实例化一个对象来说明访问对象属性时 __getattribute__ 的特性。
实例化对象dog>>> dog = Dog(1)# 访问dog对象的age属性
>>> dog.age
calling __getattribute__1
访问dog对象的fly属性>>> dog.fly
calling __getattribute__
False
访问dog对象的run属性>>> dog.run
calling __getattribute__
True
访问dog对象的sound方法>>> dog.sound
calling __getattribute__
<bound method Dog.sound of <__main__.dog object="" at="" 0x0000000005a90668="">>
由上面的验证可知, __getattribute__ 是实例对象查找属性或方法的入口 。实例对象访问属性或方法时都需要调用到__getattribute__ ,之后才会根据一定的规则在各个 __dict__ 中查找相应的属性值或方法对象,若没有找到则会调用__getattr__ (后面会介绍到)。 __getattribute__ Python中的一个内置方法,关于其底层实现可以查看相关官方文档,后面将要介绍的属性访问规则就是依赖于 __getattribute__ 的。
对象属性控制
在继续介绍后面相关内容之前,让我们先来了解一下Python中和对象属性控制相关的相关方法。
__getattr__(self, name)
__getattr__ 可以用来在当用户试图访问一个根本不存在(或者暂时不存在)的属性时,来定义类的行为。前面讲到过,当__getattribute__ 方法找不到属性时,最终会调用 __getattr__ 方法。它可以用于捕捉错误的以及灵活地处理AttributeError。只有当试图访问不存在的属性时它才会被调用。
__setattr__(self, name, value)
__setattr__ 方法允许你自定义某个属性的赋值行为,不管这个属性存在与否,都可以对任意属性的任何变化都定义自己的规则。关于 __setattr__ 有两点需要说明:第一,使用它时必须小心,不能写成类似 self.name = "Tom" 这样的形式,因为这样的赋值语句会调用 __setattr__ 方法,这样会让其陷入无限递归;第二,你必须区分 对象属性  类属性 这两个概念。后面的例子中会对此进行解释。
__delattr__(self, name)
__delattr__ 用于处理删除属性时的行为。和 __setattr__ 方法要注意无限递归的问题,重写该方法时不要有类似 del self.name 的写法。
还是以上面的例子进行说明,不过在这里我们要重写三个属性控制方法。
class Animal(object):
run = True
class Dog(Animal):
fly = False
def __init__(self, age):
self.age = age
def __getattr__(self, name):
print "calling __getattr__\n"
if name == ’adult’:
return True if self.age >= 2 else False
else:
raise AttributeError
def __setattr__(self, name, value):
print "calling __setattr__"
super(Dog, self).__setattr__(name, value)
def __delattr__(self, name):
print "calling __delattr__"
super(Dog, self).__delattr__(name)
以下进行验证。首先是 __getattr__ :
创建实例对象dog>>> dog = Dog(1)
calling __setattr__# 检查一下dogDog__dict__>>> dog.__dict__
{’age’: 1}>>> Dog.__dict__
dict_proxy({’__delattr__’:,
’__doc__’: None,
’__getattr__’:,
’__init__’:,
’__module__’: ’__main__’,
’__setattr__’:,
’fly’: False})
获取dogage属性>>> dog.age1# 获取dogadult属性。由于__getattribute__没有找到相应的属性,所以调用__getattr__>>> dog.adult
calling __getattr__
False
调用一个不存在的属性name__getattr__捕获AttributeError错误>>> dog.name
calling __getattr__
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in <module>
File "", line 10, in __getattr__
AttributeError
可以看到,属性访问时,当访问一个不存在的属性时触发 __getattr__ ,它会对访问行为进行控制。接下来是 __setattr__ 
dog.age赋值,会调用__setattr__方法>>> dog.age = 2
calling __setattr__>>> dog.age2
先调用dog.fly时会返回False,这时因为Dog类属性中有fly属性;之后再给dog.fly赋值,触发__setattr__方法。>>> dog.fly
False>>> dog.fly = True
calling __setattr__
再次查看dog.fly的值以及dogDog__dict__;# 可以看出对dog对象进行赋值,会在dog对象的__dict__中添加了一条对象属性;#然而,Dog类属性没有发生变化注意:dog对象和Dog类中都有fly属性,访问时会选择哪个呢?>>> dog.fly
True>>> dog.__dict__
{’age’: 2, ’fly’: True}>>> Dog.__dict__
dict_proxy({’__delattr__’:,
’__doc__’: None,
’__getattr__’:,
’__init__’:,
’__module__’: ’__main__’,
’__setattr__’:,
’fly’: False})
实例对象的 __setattr__ 方法可以定义属性的赋值行为,不管属性是否存在。当属性存在时,它会改变其值;当属性不存在时,它会添加一个对象属性信息到对象的 __dict__ 中,然而这并不改变类的属性。从上面的例子可以看出来。
最后,看一下 __delattr__ 
由于上面的例子中我们为dog设置了fly属性,现在删除它触发__delattr__方法>>> del dog.fly
calling __delattr__# 再次查看dog对象的__dict__,发现和fly属性相关的信息被删除>>> dog.__dict__
{’age’: 2}
描述符
描述符是Python 2.2 版本中引进来的新概念。描述符一般用于实现对象系统的底层功能, 包括绑定和非绑定方法、类方法、静态方法特特性等。关于描述符的概念,官方并没有明确的定义,可以在网上查阅相关资料。这里我从自己的认识谈一些想法,如有不当之处还请包涵。
在前面我们了解了对象属性访问和行为控制的一些特殊方法,例如 __getattribute__  __getattr__ __setattr__ __delattr__ 。以我的理解来看,这些方法应当具有属性的"普适性",可以用于属性查找、设置、删除的一般方法,也就是说所有的属性都可以使用这些方法实现属性的查找、设置、删除等操作。但是,这并不能很好地实现对某个具体属性的访问控制行为。例如,上例中假如要实现 dog.age 属性的类型设置(只能是整数),如果单单去修改 __setattr__ 方法满足它,那这个方法便有可能不能支持其他的属性设置。
在类中设置属性的控制行为不能很好地解决问题,Python给出的方案是: __getattribute__ __getattr__ __setattr__ __delattr__ 等方法用来实现属性查找、设置、删除的一般逻辑,而对属性的控制行为就由属性对象来控制。这里单独抽离出来一个属性对象,在属性对象中定义这个属性的查找、设置、删除行为。这个属性对象就是描述符。
描述符对象一般是作为其他类对象的属性而存在。在其内部定义了三个方法用来实现属性对象的查找、设置、删除行为。这三个方法分别是:
· get (self, instance, owner):定义当试图取出描述符的值时的行为。
· set (self, instance, value):定义当描述符的值改变时的行为。
· delete (self, instance):定义当描述符的值被删除时的行为。
其中:instance为把描述符对象作为属性的对象实例;
ownerinstance的类对象。
以下以官方的一个例子进行说明:
class RevealAccess(object):
def __init__(self, initval=None, name=’var’):
self.val = initval
self.name = name
def __get__(self, obj, objtype):
print ’Retrieving’, self.name
return self.val
def __set__(self, obj, val):
print ’Updating’, self.name
self.val = val
class MyClass(object):
x = RevealAccess(10, ’var "x"’)
y = 5
以上定义了两个类。其中 RevealAccess 类的实例是作为 MyClass 类属性 x 的值存在的。而且 RevealAccess类定义了__get__  __set__ 方法,它是一个描述符对象。注意,描述符对象的 __get__  __set__ 方法中使用了诸如 self.val self.val = val 等语句,这些语句会调用 __getattribute__  __setattr__ 等方法,这也说明了__getattribute__ __setattr__ 等方法在控制访问对象属性上的一般性(一般性是指对于所有属性它们的控制行为一致),以及 __get__  __set__等方法在控制访问对象属性上的特殊性(特殊性是指它针对某个特定属性可以定义不同的行为)。
以下进行验证:
创建Myclass类的实例m>>> m = MyClass()
查看mMyClass__dict__>>> m.__dict__
{}>>> MyClass.__dict__
dict_proxy({’__dict__’:,
’__doc__’: None,
’__module__’: ’__main__’,
’__weakref__’:,
’x’:<__main__.revealaccess at="" 0x5130080="">,
’y’: 5})
访问m.x。会先触发__getattribute__方法由于x属性的值是一个描述符,会触发它的__get__方法>>> m.x
Retrieving var "x"10
设置m.x的值。对描述符进行赋值,会触发它的__set__方法__set__方法中还会触发__setattr__方法(self.val = val>>> m.x = 20
Updating var "x"
再次访问m.x>>> m.x
Retrieving var "x"20
查看mMyClass__dict__,发现这与对描述符赋值之前一样。这一点与一般属性的赋值不同,可参考上述的__setattr__方法。之所以前后没有发生变化,是因为变化体现在描述符对象上,而不是实例对象m和类MyClass上。>>> m.__dict__
{}>>> MyClass.__dict__
dict_proxy({’__dict__’:,
’__doc__’: None,
’__module__’: ’__main__’,
’__weakref__’:,
’x’:<__main__.revealaccess at="" 0x5130080="">,
’y’: 5})
上面的例子对描述符进行了一定的解释,不过对描述符还需要更进一步的探讨和分析,这个工作先留待以后继续进行。
最后,还需要注意一点:描述符有数据描述符和非数据描述符之分。
· 只要至少实现 __get__  __set__  __delete__ 方法中的一个就可以认为是描述符;
· 只实现 __get__ 方法的对象是非数据描述符,意味着在初始化之后它们只能被读取;
· 同时实现 __get__  __set__ 的对象是数据描述符,意味着这种属性是可读写的。
属性访问的优先规则
在以上的讨论中,我们一直回避着一个问题,那就是属性访问时的优先规则。我们了解到,属性一般都在__dict__ 中存储,但是在访问属性时,在对象属性、类属型、基类属性中以怎样的规则来查询属性呢?以下对Python中属性访问的规则进行分析。
由上述的分析可知,属性访问的入口点是 __getattribute__ 方法。它的实现中定义了Python中属性访问的优先规则。Python官方文档中对 __getattribute__ 的底层实现有相关的介绍,本文暂时只是讨论属性查找的规则,相关规则可见下图:
Python属性查找
上图是查找 b.x 这样一个属性的过程。在这里要对此图进行简单的介绍:
1. 查找属性的第一步是搜索基类列表,即 type(b).__mro__ ,直到找到该属性的第一个定义,并将该属性的值赋值给 descr
2. 判断 descr 的类型。它的类型可分为数据描述符、非数据描述符、普通属性、未找到等类型。若 descr为数据描述符,则调用 desc.__get__(b, type(b)) ,并将结果返回,结束执行。否则进行下一步;
3. 如果 descr 为非数据描述符、普通属性、未找到等类型,则查找实例b的实例属性,即 b.__dict__ 。如果找到,则将结果返回,结束执行。否则进行下一步;
4. 如果在 b.__dict__ 未找到相关属性,则重新回到 descr 值的判断上。
· 若 descr 为非数据描述符,则调用 desc.__get__(b, type(b)) ,并将结果返回,结束执行;
· 若 descr 为普通属性,直接返回结果并结束执行;
· 若 descr 为空(未找到),则最终抛出 AttributeError 异常,结束查找。

来源:稀土掘金

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jiangjie190
加入时间:2016-02-19
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