《Python面向对象编程指南》——2.7 __del__()方法

本节书摘来自异步社区《Python面向对象编程指南》一书中的第2章，第2.7节，作者［美］Steven F. Lott， 张心韬 兰亮 译，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.7　__del__()方法

__del__()方法有一个让人费解的使用场景。

这个方法的目的是在将一个对象从内存中清除之前，可以有机会做一些清理工作。如果使用上下文管理对象或者with语句来处理这种需求会更加清晰，这也是第5章“可调用对象和上下文的使用”的内容。对于Python的垃圾回收机制而言，创建一个上下文比使用__del__()更加容易预判。

但是，如果一个Python对象包含了一些操作系统的资源，__del__()方法是把资源从程序中释放的最后机会。例如，引用了一个打开的文件、安装好的设备或者子进程的对象，如果我们将资源释放作为__del__()方法的一部分实现，那么我们就可以保证这些资源最后会被释放。

很难预测什么时候__del__()方法会被调用。它并不总是在使用del语句删除对象时被调用，当一个对象因为命名空间被移除而被删除时，它也不一定被调用。Python文档中用不稳定来描述__del__()方法的这种行为，并且提供了额外的关于异常处理的注释：运行期的异常会被忽略，相对地，会使用sys.stderr打印一个警告。

基于上面的这些原因，通常更倾向于使用上下文管理器，而不是实现__del__()。

2.7.1　引用计数和对象销毁

CPython的实现中，对象会包括一个引用计数器。当对象被赋值给一个变量时，这个计数器会递增；当变量被删除时，这个计数器会递减。当引用计数器的值为0时，表示我们的程序不再需要这个对象并且可以销毁这个对象。对于简单对象，当执行删除对象的操作时会调用__del__()方法。

对于包含循环引用的复杂对象，引用计数器有可能永远也不会归零，这样就很难让__del__()被调用。

我们用下面的一个类来看看这个过程中到底发生了什么。

class Noisy:
 　　def __del__( self ):
 　　　　print( "Removing {0}".format(id(self)) )

我们可以像下面这样创建和删除这个对象。

>>> x= Noisy()
>>>del x
Removing 4313946640

我们先创建，然后删除了Noisy对象，几乎是立刻就看到了__del__()方法中输出的消息。这也就是说当变量x被删除后，引用计数器正确地归零了。一旦变量被删除，就没有任何地方引用Noisy实例，所以它也可以被清除。

下面是浅复制中一种常见的情形。

>>> ln = [ Noisy(), Noisy() ]
>>> ln2= ln[:]
>>> del ln

Python没有响应del语句。这说明这些Noisy对象的引用计数器还没有归零，肯定还有其他地方引用了它们，下面的代码验证了这一点。

>>> del ln2
Removing 4313920336
Removing 4313920208

ln2变量是ln列表的一个浅复制。有两个列表引用了Noisy对象，所以在这两个列表被删除并且引用计数器归零之前，Python不会销毁这两个Noisy对象。

还有很多种创建浅复制的方法。下面是其中的一些。

a = b = Noisy()
c = [ Noisy() ] * 2

这里的关键是，由于浅复制在Python中非常普遍，所以我们往往对存在的对象的引用感到非常困惑。

2.7.2　循环引用和垃圾回收

下面是一种常见的循环引用的情形。一个父类包含一个子类的集合，同时集合中的每个子类实例又包含父类的引用。

下面我们用这两个类来看看循环引用。

class Parent:
 　　def __init__( self, *children ):
 　　　　self.children= list(children)
 　　　　for child in self.children:
 　　　　　　child.parent= self
 　　def __del__( self ):
 　　　　print( "Removing {__class__.__name__} {id:d}".
format( __class__=self.__class__, id=id(self)) )
class Child:
 　　def __del__( self ):
 　　　　print( "Removing {__class__.__name__} {id:d}".
format( __class__=self.__class__, id=id(self)) )

一个Parent的instance包括一个children的列表。

每一个Child的实例都有一个指向Parent类的引用。当向Parent内部的集合中插入新的Child实例时，这个引用就会被创建。

我们故意把这两个类写得比较复杂，所以下面让我们看看当试图删除对象时，会发生什么。

>>>> p = Parent( Child(), Child() )
>>> id(p)
4313921808
>>> del p

Parent和它的两个初始Child实例都不能被删除，因为它们之间互相引用。

下面，我们创建一个没有Child集合的Parent实例。

>>> p= Parent()
>>> id(p)
4313921744
>>> del p
Removing Parent 4313921744

和我们预期的一样，这个Parent实例成功地被删除了。

由于互相之间有引用存在，因此我们不能从内存中删除Parent实例和它包含的Child实例的集合。如果我们导入垃圾回收器的接口——gc，我们就可以回收和显示这些不能被删除的对象。

下面的代码中，我们使用了gc.collect()方法回收所有定义了__del__()方法但是无法被删除的对象。

>>> import gc
>>> gc.collect()
174
>>> gc.garbage
[<__main__.Parent object at 0x101213910>, <__main__.Child object at 0x101213890>, <__main__.Child object at 0x101213650>, <__main__.Parent object at 0x101213850>, <__main__.Child object at 0x1012130d0>, <__main__.Child object at 0x101219a10>, <__main__.Parent object at 0x101213250>, <__main__.Child object at 0x101213090>, <__main__.Child object at 0x101219810>, <__main__.Parent object at 0x101213050>, <__main__.Child object at 0x101213210>, <__main__.Child object at 0x101219f90>, <__main__.Parent object at 0x101213810>, <__main__.Child object at 0x1012137d0>, <__main__.Child object at 0x101213790>]

可以看到，我们的Parent对象（例如，4313921808的ID = 0x101213910）在不可删除的垃圾对象列表中很突出。为了让引用计数器归零，我们需要删除所有Parent对象中的children列表，或者删除所有Child实例中对Parent的引用。

注意，即使把清理资源的代码放在__del__()方法中，我们也没办法解决循环引用的问题。因为__del__()方法是在循环引用被解除并且引用计数器已经归零之后被调用的。当有循环引用时，我们不能只是简单地依赖于Python中计算引用数量的机制来清理内存中的无用对象。我们必须显式地解除循环引用或者使用可以保证垃圾回收的weakref引用。

2.7.3　循环引用和weakref模块

如果我们需要循环引用，但是又希望将清理资源的代码写在__del__()中，这时候我们可以使用弱引用。循环引用的一个常见场景是互相引用：一个父类中包含了一个集合，集合中的每一个实例也包含了一个指向父类的引用。如果一个Player对象中包含多个Hand实例，那么在每一个Hand对象中都包括一个指向对应的Player类的引用可能会更方便。

默认的对象间的引用可以被称为强引用，但是，叫直接引用可能更好。Python的引用计数机制会直接使用它们，而且如果引用计数无法删除这些对象的话，垃圾回收机器也能及时发现。它们是不可忽略的对象。

对一个对象的强引用就是直接引用，下面是一个例子。

当我们遇到如下语句。

a= B()

变量a直接引用了B类的一个对象。此时B的引用计数至少是1，因为a变量包含了一个指向它的引用。

想要找个一个弱引用相关的对象需要两个步骤。一个弱引用会调用x.parent()，这个函数将弱引用作为一个可调用对象来查找它真正的父对象。这个过程让引用计数器得以归零，垃圾回收器可以回收引用的对象，但是不回收这个弱引用。

weakref定义了一系列使用了弱引用而没有使用强引用的集合。它让我们可以创建一种特殊的字典类型，当这种字典的对象没有用时，可以保证被垃圾回收。

我们可以修改Parent和Child类，在Child指向Parent的引用中使用弱引用，这样就可以简单地保证无用对象会被销毁。

下面是修改后的类，它在Child指向Parent的引用中使用了弱引用。

import weakref
class Parent2:
 　　def __init__( self, *children ):
 　　　　self.children= list(children)
 　　　　for child in self.children:
 　　　　　　child.parent= weakref.ref(self)
 　　def __del__( self ):
 　　　　print( "Removing {__class__.__name__} {id:d}".format( __class__= self.__class__, id=id(self)) )

我们将child中的parent引用改为一个weakref对象的引用。

在Child类中，我们必须用上面说的两步操作来定位parent对象：

p = self.parent()
if p is not None:
 　　# process p, the Parent instance
else:
 　　# the parent instance was garbage collected.

我们可以显式地确认引用的对象是否已经找到，因为有可能该引用已经变成虚引用。

当我们使用这个新的Parent2类时，可以看到引用计数成功地归零同时对象也被删除了：

>>> p = Parent2( Child(), Child() )
>>> del p
Removing Parent2 4303253584
Removing Child 4303256464
Removing Child 4303043344

当一个weakref引用变成死引用时（因为引用被销毁了），我们有3个可能的方案。

• 重新创建引用对象，或重新从数据库中加载。
• 当垃圾回收器在低内存情况下错误地删除了一些对象时，使用warnings模块记录调试信息。
• 忽略这个问题。

通常，weakref引用变成死引用是因为响应的对象已经被删除了。例如，变量的作用域已经执行结束，一个没有用的命名空间，应用程序正在关闭。对于这个原因，通常我们会采取第3种响应方法。因为试图创建这个引用的对象时很可能马上就会被删除。

2.7.4　__del__()和close()方法

__del__()最常见的用途是确保文件被关闭。

通常，包含文件操作的类都会有类似下面这样的代码。

__del__ = close

这会保证__del__()方法同时也是close()方法。

其他更复杂的情况最好使用上下文管理器。详情请看第5章“可调用对象和上下文的使用”，我们会在第5章提供更多和上下文管理器有关的信息。