Python 描述符简介

使用 Python 描述符管理属性访问

学习使用 Python 轻松地创建和应用描述符。

Alex Starostin, QA 工程师, IBM

 Alexander Starostin 的照片Alex 是 IBM 澳大利亚开发实验室的一名 QA 工程师。他使用 Python 设计并开发测试用例,为 IBM 安全设备开发团队提供 QA 和测试支持。



2012 年 8 月 07 日

简介

Python 2.2 引进了 Python 描述符,同时还引进了一些新的样式类,但是它们并没有得到广泛使用。Python 描述符是一种创建托管属性的方法。除了其他优点外,托管属性还用于保护属性不受修改,或自动更新某个依赖属性的值。

描述符增加了对 Python 的理解,改善了编码技能。本文介绍了描述符协议,并演示了如何创建和使用描述符。

描述符协议

Python 描述符协议 只是一种在模型中引用属性时指定将要发生事件的方法。它允许编程人员轻松、有效地管理属性访问:

  • set
  • get
  • delete

在其他编程语言中,描述符被称作 settergetter,而公共函数用于获得 (Get) 和设置 (Set) 一个私有变量。Python 没有私有变量的概念,而描述符协议可以作为一种 Python 的方式来实现与私有变量类似的功能。

总的来说,描述符就是一个具有绑定行为的对象属性,其属性访问将由描述符协议中的方法覆盖。这些方法为 __get____set____delete__。如果这些方法中的任何一个针对某个对象定义,那么它就被认为是一个描述符。通过 清单 1 进一步了解这些方法。

清单 1. 描述符方法
__get__(self, instance, owner)
__set__(self, instance, value)
__delete__(self, instance)

其中:

__get__ 用于访问属性。它返回属性的值,或者在所请求的属性不存在的情况下出现 AttributeError 异常。

__set__ 将在属性分配操作中调用。不会返回任何内容。

__delete__ 控制删除操作。不会返回内容。

需要注意,描述符被分配给一个类,而不是实例。修改此类,会覆盖或删除描述符本身,而不是触发它的代码。


需要使用描述符的情况

考虑 email 属性。在向该属性分配值之前,需要对邮件格式进行检验。该描述符允许通过一个正则表达式处理电子邮件,然后对格式进行检验后将它分配给一个属性。

在其他许多情况下,Python 协议描述符控制对属性的访问,如保护 name 属性。


创建描述符

您可以通过许多方式创建描述符:

  • 创建一个类并覆盖任意一个描述符方法:__set____ get____delete__。当需要某个描述符跨多个不同的类和属性,例如类型验证,则使用该方法。
  • 使用属性类型,这种方法可以更加简单、灵活地创建描述符。
  • 使用属性描述符,它结合了属性类型方法和 Python 描述符。

以下示例在其操作方面均相似。不同之处在于实现方法。


使用类方法创建描述符

清单 2 演示在 Python 中控制属性分配非常简单。

清单 2. 使用类方法创建描述符
class Descriptor(object):

    def __init__(self):
        self._name = ''

    def __get__(self, instance, owner):
        print "Getting: %s" % self._name
        return self._name

    def __set__(self, instance, name):
        print "Setting: %s" % name
        self._name = name.title()

    def __delete__(self, instance):
        print "Deleting: %s" %self._name
        del self._name

class Person(object):
    name = Descriptor()

使用这些代码并查看输出:

>>> user = Person()
>>> user.name = 'john smith'
Setting: john smith
>>> user.name
Getting: John Smith
'John Smith'
>>> del user.name
Deleting: John Smith

通过以下方法覆盖父类的 __set__()__get__()__delete__() 方法,创建一个描述符类:

  • get 将输出 Getting
  • delete 将输出 Deleting
  • set 将输出 Setting

并在分配之前将属性值修改为标题(第一个字母大写,其他字母为小写)。这样做有助于存储和输出名称。

大写转换同样可以移动到 __get__() 方法。_value 有一个初始值,并根据 get 请求转换为标题。


使用属性类型创建描述符

虽然 清单 2 中定义的描述符是有效的且可以正常使用,但是还可以使用属性类型的方法。通过使用 property(),可以轻松地为任意属性创建可用的描述符。创建 property() 的语法是 property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None),其中:

  • fget:属性获取方法
  • fset:属性设置方法
  • fdel:属性删除方法
  • doc:docstring

使用属性重写该例子,如 清单 3 所示。

清单 3. 使用属性类型创建描述符
class Person(object):
    def __init__(self):
        self._name = ''

    def fget(self):
        print "Getting: %s" % self._name
        return self._name
    
    def fset(self, value):
        print "Setting: %s" % value
        self._name = value.title()

    def fdel(self):
        print "Deleting: %s" %self._name
        del self._name
    name = property(fget, fset, fdel, "I'm the property.")

使用该代码并查看输出:

>>> user = Person()
>>> user.name = 'john smith'
Setting: john smith
>>> user.name
Getting: John Smith
'John Smith'
>>> del user.name
Deleting: John Smith

显然,结果是相同的。注意,fgetfsetfdel 方法是可选的,但是如果没有指定这些方法,那么将在尝试各个操作时出现一个 AttributeError 异常。例如,声明 name 属性时,fset 被设置为 None,然后开发人员尝试向 name 属性分配值。这时将出现一个 AttributeError 异常。

这种方法可以用于定义系统中的只读属性。

name = property(fget, None, fdel, "I'm the property")
user.name = 'john smith'

输出为:

Traceback (most recent call last):
File stdin, line 21, in mоdule
user.name = 'john smith'
AttributeError: can't set attribute

使用属性修饰符创建描述符

可以使用 Python 修饰符创建描述符,如 清单 4 所示。Python 修饰符是对 Python 语法的特定修改,能够更方便地更改函数和方法。在本例中,将修改属性管理方法。在 developerWorks 文章 Decorators make magic easy 中寻找更多有关应用 Python 修饰符的信息。

清单 4. 使用属性修饰符创建描述符
class Person(object):

    def __init__(self):
        self._name = ''

    @property
    def name(self):
        print "Getting: %s" % self._name
        return self._name

    @name.setter
    def name(self, value):
        print "Setting: %s" % value
        self._name = value.title()

    @name.deleter
    def name(self):
        print ">Deleting: %s" % self._name
        del self._name

在运行时创建描述符

前面的所有例子都使用了 name 属性。该方法的局限性在于需要对各个属性分别覆盖 __set__()__get__()__delete__()清单 5 提供了一个可能的解决方案,帮助开发人员在运行时添加 property 属性。该解决方案使用属性类型构建数据描述符。

清单 5. 在运行时创建描述符
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: %s = %s" %(attribute, value)
        setattr(self, '_' + attribute, value.title())    

    def _getProperty(self, attribute):
        print "Getting: %s" %attribute
        return getattr(self, '_' + attribute)

让我们运行这段代码:

>>> 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'}

这将在运行时创建 namephone 属性。它们可以根据相应的名称进行访问,但是按照 _setProperty 方法中的定义,将在对象名称空间目录中存储为 _name 和 _phone。基本上,namephone 是对内部的 _name 和 _phone 属性的访问符。

当开发人员尝试添加 name property 属性时,您可能对系统中的 _name 属性存在疑问。实际上,它将用新的 property 属性覆盖现有的 _name 属性。这些代码允许控制如何在类内部处理属性。


结束语

Python 描述符可以利用新的样式类实现强大而灵活的属性管理。通过结合使用描述符,可以实现优雅的编程,允许创建 SettersGetters 以及只读属性。它还允许您根据值或类型请求进行属性验证。您可以在许多不同的领域应用描述符,但是使用时需保持谨慎的态度,避免由于覆盖普通对象行为而产生不必要的代码复杂性。

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ArticleTitle=Python 描述符简介
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