作者：manjusaka
原文链接：http://manjusaka.itscoder.com/2016/11/18/Someone-tell-me-that-you-think-Python-is-simple/
前言
最近觉得 Python 太"简单了"，于是在师父川爷面前放肆了一把："我觉得 Python 是世界上最简单的语言！"。于是川爷嘴角闪过了一丝轻蔑的微笑（内心 OS:Naive，作为一个 Python 开发者，我必须要给你一点人生经验，不然你不知道天高地厚！）于是川爷给我了一份满分 100 分的题，然后这篇文章就是记录下做这套题所踩过的坑。
1.列表生成器
描述
下面的代码会报错，为什么？
class A(object):
x = 1
gen = (x for _ in xrange(10)) # gen=(x for _ in range(10))
if __name__ == "__main__":
print(list(A.gen))
答案
这个问题是变量作用域问题，在 gen =( x for _ in xrange (10)) 中 gen 是一个 generator ,在 generator 中变量有自己的一套作用域，与其余作用域空间相互隔离。因此，将会出现这样的 NameError:name ' x ' is not defined 的问题，那么解决方案是什么呢？答案是：用 lambda 。
class A(object):
x = 1
gen = (lambda x: (x for _ in xrange(10)))(
x) # gen=(x for _ in range(10))
if __name__ == "__main__":
print(list(A.gen))
或者这样
class A(object):
x = 1
gen = (A.x for _ in xrange(10)) # gen=(x for _ in range(10))
if __name__ == "__main__":
print(list(A.gen))
补充
感谢评论区几位提出的意见，这里我给一份官方文档的说明吧：
The scope of names defined in a class block is limited to the class block ; it does not extend to the code blocks of methods - this includes comprehensions and generator expressions since they are implemented using a function scope. This means that the following will fail :
class A:
a = 42
b = list(a + i for i in range(10))
参考链接 Python 2 Execution-Model:Naming-and-Binding ， Python 3 Execution-Model:Resolution-of-Names。据说这是 PEP 227 中新增的提案，我回去会进一步详细考证。再次拜谢评论区 @没头脑很着急 @涂伟忠 @ Cholerae 三位的勘误指正。
2.装饰器
描述
我想写一个类装饰器用来度量函数/方法运行时间
import time
class Timeit(object):
def __init__(self, func):
self._wrapped = func
def __call__(self, *args, **kws):
start_time = time.time()
result = self._wrapped(*args, **kws)
print("elapsed time is %s " % (time.time() - start_time))
return result
这个装饰器能够运行在普通函数上：
@Timeit
def func():
time.sleep(1)
return "invoking function func"
if __name__ == '__main__':
func() # output: elapsed time is 1.00044410133
但是运行在方法上会报错，为什么？
class A(object):
@Timeit
def func(self):
time.sleep(1)
return 'invoking method func'
if __name__ == '__main__':
a = A()
a.func() # Boom!
如果我坚持使用类装饰器，应该如何修改？
答案
使用类装饰器后，在调用 func 函数的过程中其对应的 instance 并不会传递给 __call__ 方法，造成其 mehtod unbound ,那么解决方法是什么呢？描述符赛高
class Timeit(object):
def __init__(self, func):
self.func = func
def __call__(self, *args, **kwargs):
print('invoking Timer')
def __get__(self, instance, owner):
return lambda *args, **kwargs: self.func(instance, *args, **kwargs)
3. Python 调用机制
描述
我们知道 __call__ 方法可以用来重载圆括号调用，好的，以为问题就这么简单？ Naive ！
class A(object):
def __call__(self):
print("invoking __call__ from A!")
if __name__ == "__main__":
a = A()
a() # output: invoking __call__ from A
现在我们可以看到 a () 似乎等价于 a.__call__ () ,看起来很 Easy 对吧，好的，我现在想作死，又写出了如下的代码，
a.__call__ = lambda: "invoking __call__ from lambda"
a.__call__()
# output:invoking __call__ from lambda
a()
# output:invoking __call__ from A!
请大佬们解释下，为什么 a () 没有调用出 a.__call__ () \ (此题由 USTC 王子博前辈提出 \ )
答案
原因在于，在 Python 中，新式类（ new class \ )的内建特殊方法，和实例的属性字典是相互隔离的，具体可以看看 Python 官方文档对于这一情况的说明
For new - style classes , implicit invocations of special methods are only guaranteed to work correctly if defined on an object ' s type , not in the object ' s instance dictionary. That behaviour is the reason why the following code raises an exception \ ( unlike the equivalent example with old - style classes\ ):
同时官方也给出了一个例子：
class C(object):
pass
c = C()
c.__len__ = lambda: 5
len(c)
# Traceback (most recent call last):
# File "", line 1, in
# TypeError: object of type 'C' has no len()
回到我们的例子上来，当我们在执行 a.__call__ = lambda :" invoking __call__ from lambda " 时，的确在我们在 a.__dict__ 中新增加了一个 key 为 __call__ 的 item ，但是当我们执行 a () 时，因为涉及特殊方法的调用，因此我们的调用过程不会从 a.__dict__ 中寻找属性，而是从 tyee ( a ). __dict__ 中寻找属性。因此，就会出现如上所述的情况。
4.描述符
描述
我想写一个 Exam 类，其属性 math 为 [ 0,100 ] 的整数，若赋值时不在此范围内则抛出异常，我决定用描述符来实现这个需求。
class Grade(object):
def __init__(self):
self._score = 0
def __get__(self, instance, owner):
return self._score
def __set__(self, instance, value):
if 0 <= value <= 100:
self._score = value
else:
raise ValueError('grade must be between 0 and 100')
class Exam(object):
math = Grade()
def __init__(self, math):
self.math = math
if __name__ == '__main__':
niche = Exam(math=90)
print(niche.math)
# output : 90
snake = Exam(math=75)
print(snake.math)
# output : 75
snake.math = 120
# output: ValueError:grade must be between 0 and 100!
看起来一切正常。不过这里面有个巨大的问题，尝试说明是什么问题 为了解决这个问题，我改写了 Grade 描述符如下：
class Grad(object):
def __init__(self):
self._grade_pool = {}
def __get__(self, instance, owner):
return self._grade_pool.get(instance, None)
def __set__(self, instance, value):
if 0 <= value <= 100:
_grade_pool = self.__dict__.setdefault('_grade_pool', {})
_grade_pool[instance] = value
else:
raise ValueError("fuck")
不过这样会导致更大的问题，请问该怎么解决这个问题？
答案
1. 第一个问题的其实很简单，如果你再运行一次 print ( niche.math ) 你就会发现，输出值是 75 ，那么这是为什么呢？这就要先从 Python 的调用机制说起了。我们如果调用一个属性，那么其顺序是优先从实例的 __dict__ 里查找，然后如果没有查找到的话，那么一次查询类字典，父类字典，直到彻底查不到为止。
好的，现在回到我们的问题，我们发现，在我们的类 Exam 中，其 self.math 的调用过程是，首先在实例化后的实例的 __dict__ 中进行查找，没有找到，接着往上一级，在我们的类 Exam 中进行查找，好的找到了，返回。那么这意味着，我们对于 self.math 的所有操作都是对于类变量 math 的操作。因此造成变量污染的问题。那么该则怎么解决呢？很多同志可能会说，恩，在 __set__ 函数中将值设置到具体的实例字典不就行了。
那么这样可不可以呢？答案是，很明显不得行啊，至于为什么，就涉及到我们 Python 描述符的机制了，描述符指的是实现了描述符协议的特殊的类，三个描述符协议指的是 __get__ , '* set ' , __delete__ 以及 Python 3.6 中新增的 __set_name__ 方法，其中实现了 __get__ 以及 __set__ / __delete__ / __set_name__ 的是 * Data descriptors * ，而只实现了 __get__ 的是 Non - Data descriptor 。
那么有什么区别呢，前面说了， *我们如果调用一个属性，那么其顺序是优先从实例的 __dict__ 里查找，然后如果没有查找到的话，那么一次查询类字典，父类字典，直到彻底查不到为止。
但是，这里没有考虑描述符的因素进去，如果将描述符因素考虑进去，那么正确的表述应该是我们如果调用一个属性，那么其顺序是优先从实例的 __dict__ 里查找，然后如果没有查找到的话，那么一次查询类字典，父类字典，直到彻底查不到为止。其中如果在类实例字典中的该属性是一个 Data descriptors ，那么无论实例字典中存在该属性与否，无条件走描述符协议进行调用，在类实例字典中的该属性是一个 Non - Data descriptors ，那么优先调用实例字典中的属性值而不触发描述符协议，如果实例字典中不存在该属性值，那么触发 Non - Data descriptor 的描述符协议。回到之前的问题，我们即使在 __set__ 将具体的属性写入实例字典中，但是由于类字典中存在着 Data descriptors，因此，我们在调用 math 属性时，依旧会触发描述符协议。
2.经过改良的做法，利用 dict 的 key 唯一性，将具体的值与实例进行绑定，但是同时带来了内存泄露的问题。那么为什么会造成内存泄露呢，首先复习下我们的 dict 的特性， dict 最重要的一个特性，就是凡可 hash 的对象皆可为 key ， dict 通过利用的 hash 值的唯一性（严格意义上来讲并不是唯一，而是其 hash 值碰撞几率极小，近似认定其唯一）来保证 key 的不重复性，同时（敲黑板，重点来了）， dict 中的 key 引用是强引用类型，会造成对应对象的引用计数的增加，可能造成对象无法被 gc ，从而产生内存泄露。那么这里该怎么解决呢？两种方法 第一种：
class Grad(object):
def __init__(self):
import weakref
self._grade_pool = weakref.WeakKeyDictionary()
def __get__(self, instance, owner):
return self._grade_pool.get(instance, None)
def __set__(self, instance, value):
if 0 <= value <= 100:
_grade_pool = self.__dict__.setdefault('_grade_pool', {})
_grade_pool[instance] = value
else:
raise ValueError("fuck")
weakref 库中的 WeakKeyDictionary 所产生的字典的 key 对于对象的引用是弱引用类型，其不会造成内存引用计数的增加，因此不会造成内存泄露。同理，如果我们为了避免 value 对于对象的强引用，我们可以使用 WeakValueDictionary 。
第二种：在 Python 3.6 中，实现的 PEP 487 提案，为描述符新增加了一个协议，我们可以用其来绑定对应的对象：
class Grad(object):
def __get__(self, instance, owner):
return instance.__dict__[self.key]
def __set__(self, instance, value):
if 0 <= value <= 100:
instance.__dict__[self.key] = value
else:
raise ValueError("fuck")
def __set_name__(self, owner, name):
self.key = name
这道题涉及的东西比较多，这里给出一点参考链接， invoking-descriptors , Descriptor HowTo Guide , PEP 487 , what`s new in Python 3.6 。
5. Python 继承机制
描述
试求出以下代码的输出结果。
class Init(object):
def __init__(self, value):
self.val = value
class Add2(Init):
def __init__(self, val):
super(Add2, self).__init__(val)
self.val += 2
class Mul5(Init):
def __init__(self, val):
super(Mul5, self).__init__(val)
self.val *= 5
class Pro(Mul5, Add2):
pass
class Incr(Pro):
csup = super(Pro)
def __init__(self, val):
self.csup.__init__(val)
self.val += 1
p = Incr(5)
print(p.val)
答案
输出是 36 ，具体可以参考 New-style Classes , multiple-inheritance
6. Python 特殊方法
描述
我写了一个通过重载 * new * 方法来实现单例模式的类。
class Singleton(object):
_instance = None
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if cls._instance:
return cls._instance
cls._isntance = cv = object.__new__(cls, *args, **kwargs)
return cv
sin1 = Singleton()
sin2 = Singleton()
print(sin1 is sin2)
# output: True
现在我有一堆类要实现为单例模式，所以我打算照葫芦画瓢写一个元类，这样可以让代码复用：
class SingleMeta(type):
def __init__(cls, name, bases, dict):
cls._instance = None
__new__o = cls.__new__
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if cls._instance:
return cls._instance
cls._instance = cv = __new__o(cls, *args, **kwargs)
return cv
cls.__new__ = __new__
class A(object):
__metaclass__ = SingleMeta
a1 = A() # what`s the fuck
哎呀，好气啊，为啥这会报错啊，我明明之前用这种方法给 __getattribute__ 打补丁的，下面这段代码能够捕获一切属性调用并打印参数
class TraceAttribute(type):
def __init__(cls, name, bases, dict):
__getattribute__o = cls.__getattribute__
def __getattribute__(self, *args, **kwargs):
print('__getattribute__:', args, kwargs)
return __getattribute__o(self, *args, **kwargs)
cls.__getattribute__ = __getattribute__
# Python 3 是 class A(object,metaclass=TraceAttribute):
class A(object):
__metaclass__ = TraceAttribute
a = 1
b = 2
a = A()
a.a
# output: __getattribute__:('a',){}
a.b
试解释为什么给 * getattribute * 打补丁成功，而 * new * 打补丁失败。 如果我坚持使用元类给 * new * 打补丁来实现单例模式，应该怎么修改？
答案
其实这是最气人的一点，类里的 __new__ 是一个 staticmethod 因此替换的时候必须以 staticmethod 进行替换。答案如下：
class SingleMeta(type):
def __init__(cls, name, bases, dict):
cls._instance = None
__new__o = cls.__new__
@staticmethod
def __new__(cls, *args, **kwargs):
if cls._instance:
return cls._instance
cls._instance = cv = __new__o(cls, *args, **kwargs)
return cv
cls.__new__ = __new__
class A(object):
__metaclass__ = SingleMeta
print(A() is A()) # output: True
结语
感谢师父大人的一套题让我开启新世界的大门，恩，博客上没法艾特，只能传递心意了。说实话 Python 的动态特性可以让其用众多 black magic 去实现一些很舒服的功能，当然这也对我们对语言特性及坑的掌握也变得更严格了，愿各位 Pythoner 没事阅读官方文档，早日达到装逼如风，常伴吾身的境界。
题图：pexels，CC0 授权。
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