Python 描述符

描述符(Descriptor)是 Python 中一个非常强大的特性,它允许我们自定义属性的访问行为。使用描述符,我们可以创建一些特殊的属性,在访问这些属性时执行自定义的逻辑,如数据验证、属性计算等。

类型：

**数据描述符：**用于修改属性的访问和修改行为。
**方法描述符：**用于修改方法的行为。

数据描述符：

**get：**在属性被访问时被调用。
**set：**在属性被设置时被调用。
**delete：**在属性被删除时被调用。

方法描述符：

**call：**在方法被调用时被调用。

下面我们来看一个具体的例子:

class MyDescriptor:def __init__(self, initial_value=None):self._value = initial_valuedef __get__(self, instance, owner):print(f"Getting value: {self._value}")return self._valuedef __set__(self, instance, value):print(f"Setting value to: {value}")self._value = valuedef __delete__(self, instance):print("Deleting value")del self._valueclass MyClass:my_attr = MyDescriptor(42)obj = MyClass()
print(obj.my_attr)  # Output: Getting value: 42
obj.my_attr = 100   # Output: Setting value to: 100
del obj.my_attr     # Output: Deleting value

在这个例子中,我们定义了一个 MyDescriptor 类,它实现了三个描述符协议方法:__get__、__set__ 和 __delete__。这些方法分别在访问、设置和删除属性时被调用。

在 MyClass 中,我们定义了一个 my_attr 属性,它使用 MyDescriptor 作为描述符。当我们访问、设置或删除 obj.my_attr 时,相应的描述符方法会被调用,并执行我们自定义的逻辑。

描述符的要包括以下几点:

1. 数据验证: 可以在 __set__ 方法中添加数据验证逻辑,确保属性值符合预期。
2. 属性计算: 在 __get__ 方法中实现动态计算属性值的逻辑。
3. 属性缓存: 使用描述符可以实现属性值的缓存,提高访问性能。
4. 懒加载: 描述符可以用于实现懒加载,即在第一次访问属性时才计算或加载属性值。
5. 属性权限控制: 可以使用描述符实现只读、只写或读写属性。
6. 属性依赖管理: 描述符可以用于管理属性之间的依赖关系,确保属性值的一致性。

下面是一个的代码示例,实现了一个带有数据验证和属性缓存的描述符:

class CachedProperty:def __init__(self, getter):self.getter = getterself._cache = {}def __get__(self, instance, owner):if instance is None:return selfif instance not in self._cache:self._cache[instance] = self.getter(instance)return self._cache[instance]def __set__(self, instance, value):self._cache[instance] = valuedef __delete__(self, instance):if instance in self._cache:del self._cache[instance]class Person:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = age@CachedPropertydef full_name(self):print("Calculating full name...")return f"{self.name} Smith"@propertydef age(self):return self._age@age.setterdef age(self, value):if value < 0:raise ValueError("Age cannot be negative")self._age = valuep = Person("John", 30)
print(p.full_name)  # Output: Calculating full name... John Smith
print(p.full_name)  # Output: John Smith (from cache)p.age = 40
print(p.age)  # Output: 40p.age = -10  # Raises ValueError: Age cannot be negative

在这个场景下,self 和 instance 的区别如下:

1. self:

   • self 代表的是 Person 类本身的实例,也就是 Person 类的一个对象。
   • 在 __get__ 方法中,self 指向的是 Person 类的 age 属性本身,而不是某个特定的 Person 对象。

2. instance:

   • instance 代表的是正在访问 age 属性的 Person 对象实例。
   • 在 __get__ 方法中,instance 指向的是调用 age 属性的具体 Person 对象,比如上例中的 person 对象。

简单来说:

• self 指向的是属性本身(即 age 属性),而 instance 指向的是正在访问该属性的对象实例。
• self 是属性级别的,而 instance 是对象级别的。
• owner 是属性的类对象

这个区别很重要,因为在 __get__ 方法中,我们需要根据具体的 Person 对象实例(instance)来计算年龄,而不是直接使用 self(即 age 属性本身)。

方法描述符

class Calculator:def __init__(self):self.num1 = 0self.num2 = 0def __call__(self, a, b):self.num1 = aself.num2 = breturn selfdef add(self):return self.num1 + self.num2calc = Calculator()
result = calc(10, 20)
print(result)  # 结果为30

解释：

• __call__ 方法描述符允许将 Calculator 类本身作为函数调用。
• 在 __call__ 方法中，self 参数表示 Calculator 对象，a 和 b 参数表示方法参数。
• 方法返回 Calculator 对象本身，以便可以继续使用其方法。

优点：

• 简化了方法调用过程。
• 允许将类作为函数使用。
• 提高了代码可读性。

注意事项：

• __call__ 方法描述符仅适用于类。
• 如果 __call__ 方法描述符不正确定义，会导致错误。

实现缓存

在这个例子中,当我们尝试访问一个实例对象的属性时,__get__ 方法会被调用。如果实例对象没有该属性的缓存值,它会调用 self.func(instance) 来计算属性值,并将其缓存在实例对象上。

这种技术被称为"惰性计算"(lazy evaluation),它可以提高性能,因为属性值只有在第一次被访问时才会计算。之后,后续的访问都会直接返回缓存的值,而不需要再次计算。

下面是一个更具体的例子:

class LazyProperty:def __init__(self, func):self.func = funcself.cache_name = f"_{func.__name__}"def __get__(self, instance, owner):if instance is None:return selfif not hasattr(instance, self.cache_name):value = self.func(instance)setattr(instance, self.cache_name, value)return getattr(instance, self.cache_name)class Person:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = age@LazyPropertydef full_name(self):print("Calculating full name...")return f"{self.name} Smith"person = Person("Alice", 30)
print(person.full_name)  # 输出: "Calculating full name..." 和 "Alice Smith"
print(person.full_name)  # 输出: "Alice Smith"

在这个例子中,我们定义了一个 LazyProperty 描述符类,它在第一次访问 full_name 属性时计算并缓存该值。后续访问都会直接返回缓存的值,而不需要再次计算。

总的来说,self.func(instance) 是描述符对象用来计算属性值的方法调用。通过使用描述符,我们可以自定义属性的访问行为,实现惰性计算等优化手段,提高代码的性能和可维护性。