描述符简介

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简介

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 setter 和 getter，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__ 和 __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__ 和 __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__() 和 __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，fget、fset 和 fdel 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__() 和 __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 name 和 phone 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，name 和 phone 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 Setters 和 Getters 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。