学会Python后你膨胀了吗？敢不敢来挑战这6道题！

Time will tell.

1、列表生成器

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：

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？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))

2、装饰器

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!

如果坚持使用类装饰器，应该如何修改？

答：

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？

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

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？

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!

为什么 a()没有调用出a.call()

答：

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。

官方给出的一个例子：

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

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：

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？

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

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：

输出是 36 ，具体可以参考 New-style Classes , multiple-inheritance。

6、Python 特殊方法

写一个通过重载 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__o
class A(object):
    __metaclass__ = SingleMeta
a1 = A()  # what`s the fuck

为啥这会报错啊，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__
class A(object):  # Python 3 是 class A(object,metaclass=TraceAttribute):
    __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：

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__o
class A(object):
    __metaclass__ = SingleMeta
print(A() is A())  # output: True

好啦，这些练习题就分享到这里咯。如果你对更多Python案例练习题、面试题、自动化测试感兴趣的话，可以加入我们175317069一起学习。群里会有各项资源发放，更有行业深潜多年的测试人技术分析讲解。期待你的加入！

最后祝愿你能成为一名优秀的工程师！

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Time will tell.（时间会证明一切）