python 属性描述符

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1. 描述符示例：验证属性
2. 自动获取储存属性的名称
3. 继承改进
4. 覆盖型与非覆盖型描述符对比
- 4.1 覆盖型描述符
- 4.2 没有 `__get__` 方法的覆盖型描述符
- 4.3 非覆盖型描述符
- 4.4 在类中覆盖描述符
5. 描述符用法建议

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1. 描述符示例：验证属性

描述符是对多个属性运用相同存取逻辑的一种方式
描述符是实现了特定协议的类，这个协议包括 __get__、__set__ 和 __delete__ 方法
property 类实现了完整的描述符协议

实现了 __get__、__set__ 或 __delete__ 方法的类是描述符。描述符的用法是，创建一个实例，作为另一个类的类属性

class Quantity:def __init__(self, storage_name):self.storage_name = storage_name# storage_name 属性，# 这是托管实例中存储值的 属性的名称def __set__(self, instance, value):# self 是描述符 实例（即 LineItem.weight 或 LineItem.price）# instance 是 托管实例（LineItem 实例）if value > 0:instance.__dict__[self.storage_name] = value# 必须直接 处理托管实例的 __dict__ 属性；# 如果使用内置的 setattr 函数，# 会再次触发 __set__ 方法，导致无限递归# self.__dict__[self.storage_name] = value 错误写法#else:raise ValueError("value must be greater than 0")class LineItem:weight = Quantity('weight')# 描述符实例绑定给 weight 属性， 类属性，所有 LineItem实例共享price = Quantity('price')def __init__(self, description, weight, price):self.description = descriptionself.weight = weightself.price = pricedef subtotal(self):return self.weight * self.price

为了避免 price = Quantity('weight') 这样的错误：
采用如下改进：

2. 自动获取储存属性的名称

class Quantity:__counter = 0  # Quantity 类属性，统计实例数量def __init__(self):cls = self.__class__  # cls 是 Quantity 类的引用prefix = cls.__name__ # 'Quantity'index = cls.__counterself.storage_name = "_{}#{}".format(prefix, index)# 每个描述符的 名称是独一无二的，# 这种非法命名（#） ，内置的 getattr 和 setattr 可以接受cls.__counter += 1# storage_name 属性，# 这是托管实例中存储值的 属性的名称def __set__(self, instance, value):# self 是描述符 实例（即 LineItem.weight 或 LineItem.price）# instance 是 托管实例（LineItem 实例）if value > 0:setattr(instance, self.storage_name, value)else:raise ValueError("value must be greater than 0")def __get__(self, instance, owner):# owner 参数是托管类（如 LineItem）的引用，# 通过描述符从托管类中获取属性时用得到return getattr(instance, self.storage_name)class LineItem:weight = Quantity() # '_Quantity#0'# 描述符实例绑定给 weight 属性， 类属性，所有 LineItem实例共享price = Quantity()   # '_Quantity#1'def __init__(self, description, weight, price):self.description = descriptionself.weight = weightself.price = pricedef subtotal(self):return self.weight * self.pricecoconuts = LineItem('Brazilian coconut', 20, 17.95)
print(coconuts.weight, coconuts.price) # 20, 17.95
print(getattr(coconuts, '_Quantity#0'), getattr(coconuts, '_Quantity#1'))
# 20, 17.95

print(LineItem.weight)
# 这种调用方式
# 描述符的 __get__ 方法接收到的 instance 参数值是 None
# AttributeError: 'NoneType' object has no attribute '_Quantity#0'

但是上面的报错信息，让人困惑，如何修改，最好让 __get__ 方法返回描述符实例

def __get__(self, instance, owner):if instance is None:return selfreturn getattr(instance, self.storage_name)print(LineItem.weight)
# <__main__.Quantity object at 0x000001DCA2683D00>

3. 继承改进

import abcclass AutoStorge:__counter = 0  # 统计实例数量def __init__(self):cls = self.__class__  # cls 是 Quantity 类的引用prefix = cls.__name__  # NonBlank, Quantityindex = cls.__counterself.storage_name = "_{}#{}".format(prefix, index)# 每个描述符的 名称是独一无二的，# 这种非法命名（#） ，内置的 getattr 和 setattr 可以接受cls.__counter += 1# storage_name 属性，# 这是托管实例中存储值的 属性的名称def __set__(self, instance, value):# self 是描述符 实例（即 LineItem.weight 或 LineItem.price）# instance 是 托管实例（LineItem 实例）setattr(instance, self.storage_name, value) # 没有验证，交给Validateddef __get__(self, instance, owner):if instance is None:return selfreturn getattr(instance, self.storage_name)class Validated(abc.ABC, AutoStorge):def __set__(self, instance, value):value = self.validate(instance, value)#  __set__ 方法把验证操作委托给 validate 方法super().__set__(instance, value)# 然后把返回的 value 传给超类的 __set__ 方法，存储值@abc.abstractmethod # 在这个类中，validate 是抽象方法def validate(self, instance, value):"""to do"""class Quantity(Validated): # 继承自 Validated 类def validate(self, instance, value): # 检查非正数if value <= 0:raise ValueError("value should be positive")return valueclass NonBlank(Validated): # 继承自 Validated 类"""a string with at least one non-space character"""def validate(self, instance, value):value = value.strip() # 去除首尾空白if len(value) == 0:raise ValueError('value cannot be empty or blank')return valueclass LineItem:description = NonBlank() # '_NonBlank#0'weight = Quantity()  # '_Quantity#0'# 描述符实例绑定给 weight 属性， 类属性，所有 LineItem实例共享price = Quantity()  # '_Quantity#1'def __init__(self, description, weight, price):self.description = descriptionself.weight = weightself.price = pricedef subtotal(self):return self.weight * self.pricecoconuts = LineItem('  Brazilian coconut  ', 20, 17.95)
print(coconuts.weight, coconuts.price) # 20 17.95
print(getattr(coconuts, '_NonBlank#0')) #Brazilian coconut
print(getattr(coconuts, '_Quantity#0'), getattr(coconuts, '_Quantity#1'))
# 20 17.95
print(LineItem.weight) # <__main__.Quantity object at 0x0000012B2A9AF9A0>

描述符的典型用途——管理数据属性
这种描述符也叫覆盖型描述符，因为描述符的 __set__ 方法使用托管实例中的同名属性覆盖（即插手接管）了要设置的属性

4. 覆盖型与非覆盖型描述符对比

通过实例读取属性时，通常返回的是实例中定义的属性；
但是，如果实例中没有指定的属性，那么会获取类属性。
而为实例中的属性赋值时，通常会在实例中创建属性，根本不影响类

### 辅助函数，仅用于显示 ###
#
def cls_name(obj_or_cls):cls = type(obj_or_cls)if cls is type:cls = obj_or_clsreturn cls.__name__.split('.')[-1]def display(obj):cls = type(obj)if cls is type:return '<class {}>'.format(obj.__name__)elif cls in [type(None), int]:return repr(obj)else:return '<{} object>'.format(cls_name(obj))def print_args(name, *args):pseudo_args = ', '.join(display(x) for x in args)print('-> {}.__{}__({})'.format(cls_name(args[0]), name, pseudo_args))class Overriding:"""也称数据描述符或强制描述符"""def __get__(self, instance, owner):print_args('get', self, instance, owner)def __set__(self, instance, value):print_args('set', self, instance, value)class OverridingNoGet:"""没有``__get__``方法的覆盖型描述符"""def __set__(self, instance, value):print_args('set', self, instance, value)class NonOverriding:"""也称非数据描述符 或 非遮盖型描述符"""def __get__(self, instance, owner):print_args('get', self, instance, owner)class Managed:over = Overriding()over_no_get = OverridingNoGet()non_over = NonOverriding()def spam(self):print('-> Managed.spam({})'.format(display(self)))

4.1 覆盖型描述符

obj = Managed()
obj.over # obj.over 触发描述符的 __get__ 方法, 第二个参数的值是托管实例 obj
# -> Overriding.__get__(<Overriding object>, <Managed object>, <class Managed>)
Managed.over # Managed.over 触发描述符的 __get__ 方法，第二个参数 （instance）的值是 None
# -> Overriding.__get__(<Overriding object>, None, <class Managed>)
obj.over = 7 # 为 obj.over 赋值，触发描述符的 __set__ 方法，最后一个参数的 值是 7
# -> Overriding.__set__(<Overriding object>, <Managed object>, 7)
obj.over # 会触发描述符的 __get__ 方法
# -> Overriding.__get__(<Overriding object>, <Managed object>, <class Managed>)
obj.__dict__['over'] = 8 #  跳过描述符，直接通过 obj.__dict__ 属性设值
print(vars(obj))  # {'over': 8} #  确认值在 obj.__dict__ 属性中，在 over 键名下
obj.over # 然而，即使是名为 over 的实例属性，Managed.over 描述符仍会覆盖读取 obj.over 这个操作
# -> Overriding.__get__(<Overriding object>, <Managed object>, <class Managed>)

4.2 没有 `get` 方法的覆盖型描述符

只实现 __set__ 方法，只有 写操作由描述符处理。
通过实例读取描述符会返回 描述符对象本身，因为没有处理读操作的 __get__ 方法。
如果直接通过实例的 __dict__ 属性创建同名实例属性，以后再设置那个属性时，仍会由 __set__ 方法 插手接管，但是读取那个属性的话，就会直接从实例中返回新赋予的值，而不会返回描述符对象。也就是说，实例属性会遮盖描述符，不过只有读操作是如此

# 这个覆盖型描述符没有 __get__ 方法，因此，obj.over_no_get 从 类 中获取描述符实例
print(obj.over_no_get)      # <__main__.OverridingNoGet object at 0x000001BC57E3FA90>
# 直接从托管类中读取描述符实例也是如此
print(Managed.over_no_get)  # <__main__.OverridingNoGet object at 0x000001BC57E3FA90>
# obj.over_no_get 赋值会触发描述符的 __set__ 方法
obj.over_no_get = 7
# -> OverridingNoGet.__set__(<OverridingNoGet object>, <Managed object>, 7)
print(obj.over_no_get)      # <__main__.OverridingNoGet object at 0x000001BC57E3FA90>
#  通过实例的 __dict__ 属性设置名为 over_no_get 的实例属性
obj.__dict__['over_no_get'] = 9
# 现在，over_no_get 实例属性会遮盖描述符，但是只有 读 操作是如此
print(obj.over_no_get)  # 9
# 为 obj.over_no_get 赋值，仍然经过描述符的 __set__ 方法处理
obj.over_no_get = 7
# -> OverridingNoGet.__set__(<OverridingNoGet object>, <Managed object>, 7)
# 但是读取时，只要有同名的实例属性，描述符就会被遮盖
print(obj.over_no_get)  # 9

4.3 非覆盖型描述符

没有实现 __set__ 方法的描述符是 非覆盖 型描述符。
如果设置了同名 的实例属性，描述符会被遮盖，致使描述符无法处理那个实例的那个属性

# obj.non_over 触发描述符的 __get__ 方法，第二个参数的值是 obj
obj.non_over
# -> NonOverriding.__get__(<NonOverriding object>, <Managed object>, <class Managed>)
# Managed.non_over 是非覆盖型描述符，因此没有干涉赋值操作的 __set__ 方法
obj.non_over = 7
print(obj.non_over) # 7 现在，obj 有个名为 non_over 的实例属性，把 Managed 类的同名 描述符属性遮盖掉
Managed.non_over # Managed.non_over 描述符依然存在，会通过 类 截获这次访问
# -> NonOverriding.__get__(<NonOverriding object>, None, <class Managed>)
del obj.non_over # 如果把 non_over 实例 属性删除了
obj.non_over # 读取 obj.non_over 时，会触发类中描述符的 __get__ 方法；但要注意，第二个参数的值是托管实例
# -> NonOverriding.__get__(<NonOverriding object>, <Managed object>, <class Managed>)

4.4 在类中覆盖描述符

不管描述符 是不是覆盖型，为 类属性 赋值都能 覆盖描述符

obj = Managed()
Managed.over = 1
Managed.over_no_get = 2
Managed.non_over = 3
print(obj.over, obj.over_no_get, obj.non_over) # 1 2 3

5. 描述符用法建议

创建只读属性最简单的方式是使用特性 property
使用描述符类实现只读属性，要记住，__get__ 和 __set__ 两个方法必须都定义，否则，实例的同名属性会遮盖描述符
用于验证的描述符可以只有 __set__ 方法
仅有 __get__ 方法的描述符可以实现 高效缓存
非特殊的方法可以被实例属性遮盖

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