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描述器实战应用 |
在 Python 官方文档中的 描述器使用指南 一篇中,给出了常用装饰器 property
的 Python 代码模拟实现,且这个实现是基于描述器原理的。在本文中,作者将利用这段代码,向你展示 描述器的实际运行原理。
首先我们回忆一下装饰器的有关内容。
装饰器本质是个返回函数的函数,表现为数学概念中的复合函数
$$\big(g \circ f\big)(x) \Rightarrow g\big(f(x)\big)$$
下面我们用伪代码再补充一些容易产生疑问的情况。
@dec2
@dec1
def func(arg1, arg2, ...):
pass
↑↑↑ 等价于 ↓↓↓
func = dec2(dec1(func))
@decomaker(argA, argB, ...)
def func(arg1, arg2, ...):
pass
↑↑↑ 等价于 ↓↓↓
func = decomaker(argA, argB, ...)(func)
类装饰器和函数装饰器是一致的,只相当于将 func 代表的函数换做 cls 代表的类罢了,故这里不再多做涉及。
如果对于装饰器还有问题的话建议阅读一下官方 PEP,可以直接使用 Google 翻译成中文,可读性还是可以接受的。
PEP 318 -- Decorators for Functions and Methods PEP 3129 – Class Decorators
这里推荐我针对描述器撰写的上一篇博文
我们首先看一下用描述器模拟实现装饰器 property
的源代码。
(这里大概看一下就好,我们后文再详细分析)
class Property:
"Emulate PyProperty_Type() in Objects/descrobject.c"
def __init__(self, fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None):
self.fget = fget
self.fset = fset
self.fdel = fdel
if doc is None and fget is not None:
doc = fget.__doc__
self.__doc__ = doc
def __get__(self, obj, objtype=None):
if obj is None:
return self
if self.fget is None:
raise AttributeError("unreadable attribute")
return self.fget(obj)
def __set__(self, obj, value):
if self.fset is None:
raise AttributeError("can't set attribute")
self.fset(obj, value)
def __delete__(self, obj):
if self.fdel is None:
raise AttributeError("can't delete attribute")
self.fdel(obj)
def getter(self, fget):
return type(self)(fget, self.fset, self.fdel, self.__doc__)
def setter(self, fset):
return type(self)(self.fget, fset, self.fdel, self.__doc__)
def deleter(self, fdel):
return type(self)(self.fget, self.fset, fdel, self.__doc__)
其实作者比较喜欢的方式是利用 VS Code 在代码段顶部就加上断点,然后逐句执行查看代码的具体运行位置和变量值。
但这种方式难以通过文字向大家展示,所以我换了个变通的方式,在每个关键环节都加一个 print()
输出相关内容,这样我们看代码的命令行反馈就可以了。
更改后的测试代码如下:
class Property(object):
"Emulate PyProperty_Type() in Objects/descrobject.c"
print('body of Property')
def __init__(self, fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None):
print(f'Property.__init__() {self=}')
self.fget = fget
self.fset = fset
self.fdel = fdel
if doc is None and fget is not None:
doc = fget.__doc__
self.__doc__ = doc
def __get__(self, obj, objtype=None):
print(f'Property.__get__() {self=} {obj=} {objtype=}')
if obj is None:
return self
if self.fget is None:
raise AttributeError("unreadable attribute")
return self.fget(obj)
def __set__(self, obj, value):
print(f'Property.__set__() {self=} {obj=}')
if self.fset is None:
raise AttributeError("can't set attribute")
self.fset(obj, value)
def __delete__(self, obj):
print(f'Property.__delete__() {self=} {obj=}')
if self.fdel is None:
raise AttributeError("can't delete attribute")
self.fdel(obj)
def getter(self, fget):
print(f'Property.getter() {self=}')
return type(self)(fget, self.fset, self.fdel, self.__doc__)
def setter(self, fset):
print(f'Property.setter() {self=}')
return type(self)(self.fget, fset, self.fdel, self.__doc__)
def deleter(self, fdel):
print(f'Property.deleter() {self=}')
return type(self)(self.fget, self.fset, fdel, self.__doc__)
class A(object):
print('body of A')
def __init__(self):
print(f'A.__init__() {self=}')
self._x=0
pass
@Property # 事实上这里就是 getter 哦
def x(self):
print(f'A.x.fget() {self=}')
return self._x
@x.setter
def x(self, value):
print(f'A.x.fset() {self=}')
self._x=value
@x.deleter
def x(self):
print(f'A.x.fdelete() {self=}')
del self._x
# setter 和 deleter 的函数命名并不会有具体含义,所以按照官方的示例,直接与 getter 同名即可
print('\n----- before a1 = A() -----')
a1 = A()
print('\n----- before a1.x -----')
a1.x
print('\n-----before a1.x = 1 -----')
a1.x = 1
print('\n-----before del a1.x -----')
del a1.x
print()
print('\n----- before a2 = A() -----')
a2 = A()
print('\n----- before a2.x -----')
a2.x
print('\n-----before a2.x = 1 -----')
a2.x = 1
print('\n-----before del a2.x -----')
del a2.x
运行以上代码得到的输出是:
body of Property
body of A
Property.__init__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0>
Property.setter() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0>
Property.__init__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA31100>
Property.deleter() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA31100>
Property.__init__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0>
----- before a1 = A() -----
A.__init__() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
----- before a1.x -----
Property.__get__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100> objtype=<class '__main__.A'>
A.x.fget() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
-----before a1.x = 1 -----
Property.__set__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
A.x.fset() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
-----before del a1.x -----
Property.__delete__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
A.x.fdelete() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
----- before a2 = A() -----
A.__init__() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
----- before a2.x -----
Property.__get__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160> objtype=<class '__main__.A'>
A.x.fget() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
-----before a2.x = 1 -----
Property.__set__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
A.x.fset() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
-----before del a2.x -----
Property.__delete__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
A.x.fdelete() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
由于这其中涉及的内容较多,我们拆开来做分析。
body of Property # Python 解释器在发现类创建操作后,对类进行初始化
body of A # 类初始化首先执行的就是类体中的代码,而类体中的 @Property def x(self): .... 相当于被转化为了 x=Property(x) 注意后面这个 x 是原本的函数
# 如果不理解的话建议回头看一下最上面的 装饰器基本内容
Property.__init__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> # 继而 Property 对象初始化
Property.setter() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> # 这里对应的是 @x.setter
Property.__init__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA31100> # 注意这里是在原本 Property 的对象基础上,又创造了一个新的Property对象(具体参见Property的setter方法)
Property.deleter() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA31100> # 对应 @x.deleter
Property.__init__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> # 和前面的 setter 一样,这里也是返回了新的 Property 对象
# 自这之后, A 类中和 x 挂勾的 Property 就确定下来了
----- before a1 = A() -----
A.__init__() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100> # a1 实例对象创建的初始化
----- before a1.x -----
Property.__get__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100> objtype=<class '__main__.A'>
# 上面这行是实例对象 a1 想要获取属性 x 的值,Property 作为一个描述器,它的 __get__ 方法被调用
A.x.fget() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100> # 在 Property 的 __get__ 方法中,转调用了 通过 @Property 设置的方法
## setter 和 deleter 的调用方式和 getter 一样,没有本质差别
-----before a1.x = 1 -----
Property.__set__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
A.x.fset() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
-----before del a1.x -----
Property.__delete__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
A.x.fdelete() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31100>
----- before a2 = A() -----
A.__init__() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160> # a2 实例对象初始化,a2 和 a1 不是相同的对象
# 以下的调用整体上与前面 a1 的调用方式是一样的
# 但是请注意:尽管 a2 和 a1 不是相同的对象,但 Property 对象还是同一个
# 这说明类对应的描述器对象其实是唯一的
----- before a2.x -----
Property.__get__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160> objtype=<class '__main__.A'>
A.x.fget() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
-----before a2.x = 1 -----
Property.__set__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
A.x.fset() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
-----before del a2.x -----
Property.__delete__() self=<__main__.Property object at 0x000002A7BBA310A0> obj=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
A.x.fdelete() self=<__main__.A object at 0x000002A7BBA31160>
{% hint style="danger" %} @property 装饰后生成的描述器实际上成为了数据描述器! {% endhint %}
其实在同一篇中官方也给出了 staticmethod
和 classmethod
的类似模拟实现,有兴趣的读者也不妨一览:
class StaticMethod(object):
"Emulate PyStaticMethod_Type() in Objects/funcobject.c"
def __init__(self, f):
self.f = f
def __get__(self, obj, objtype=None):
return self.f
class ClassMethod(object):
"Emulate PyClassMethod_Type() in Objects/funcobject.c"
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