Python高阶知识之属性管理

本文主要介绍Python高阶知识中的属性管理，这部分知识在常规Python编程中用的很少，但对于想深度了解Python甚至有志于自己编写实用框架的人，还是很有必要的，并且如果掌握了，对日常的代码学习等也会有一定好处。

本文结合笔者的经验，以及参考各种专业书籍和文章博客，抽丝剥茧，去掉可能导致混淆不清甚至错误的信息，归总而成，不再废话，直接上文。

一、属性管理概述

属性管理机制主要是为控制对类属性的访问、更新、删除等的操作，借此可实现对属性访问行为的定制化控制，或者变相实现真正的私有属性或变量的需求。

Python随着版本更新和功能演变迭代，大体实现了3大类的属性管理机制，对应应用场景和抽象程度各有不同，以下会分别介绍。

二、具体属性管理手段

2.1 魔法函数重载方法

2.1.1 __setattr__及__getattribute__

这种机制主要借助于Python解释器中属性设置和访问对应魔法函数相关机制：

1. Python在访问类或对象属性时，会自动调用__getattribute__魔法函数，当有的时候就返回，没有对应属性的时候，会再调用下面会讲的__getattr__魔法函数
2. python在设置或更新属性时，会自动调用__setattr__魔法函数（当然，在设置之前，还是会调用__getattribute__魔法函数确认属性存在）
3. 所以可在以上魔法函数内，实现自定义的属性访问及更新等控制机制

class A:
    
    def __init__(self):
        self.name='dennis'
    
    def __getattribute__(self,key):
        #注意，这里需要使用super调用对应方法，否则会循环调用，陷入死循环
        return super().__getattribute__(key)
    
    def __setattr__(self,key,value):
        #这里可以使用以下两种方式进行属性值更新
        self.__dict__[key]=value
        super().__setattr__(key,value)

2.1.2 __getattr__

以下代码即演示，添加了对访问类或对象不存在的属性时自动调用的__getattr__魔法函数，在此可以添加自己的控制或者处理业务逻辑

class A:
    
    def __init__(self):
        self.name='dennis'
    
    def __getattribute__(self,key):
        #注意，这里需要使用super调用对应方法，否则会循环调用，陷入死循环
        return super().__getattribute__(key)
    
    def __setattr__(self,key,value):
        #这里可以使用以下两种方式进行属性值更新
        self.__dict__[key]=value
        super().__setattr__(key,value)
        
    def __getattr__(self,key):
        raise AttributeError(f'error：访问的{key}不存在')

2.2 property内置及延伸方法

2.2.1 property内置方法

上面介绍的通过魔法函数进行属性管理，是对所有属性都进行了管理，本部分主要介绍对指定属性进行管理的机制，也即property内置方法，直接上代码

class A:
    def __init__(self):
        self.__name='dennis'
        
    def setName(self,value):
        self.__name=value
    
    def getName(self):
        return self.__name
    
    def delName(self):
        del self.delName
        
    name=property(fget=getName,fset=setName,fdel=delName)
    

以上代码实现了对name属性的访问、更新、删除的管理，本质类似是一种委托机制，最终修改的是self.__name这个私有属性。

2.2.2 @property装饰器

@property装饰器，是property方法的一种语法变体，最终作用相同，直接贴代码：

class A:
    def __init__(self):
        self.__name='dennis'
    @property
    def name(self):
        return self.__name
    @name.setter
    def name(self,value):
        self.__name=value
    @name.deleter
    def name(self):
        del self.__name

2.3 描述符机制

描述符机制是相对来说抽象程度最深的属性管理机制，其可复用，可继承派生，本质来说，描述符是一种类，这种类内包含有__get__、__set__、__delete__方法的任意一个，而该类的实例会被作为拥有者（owner，即制定属性所属对象）的类属性，当拥有者访问对应属性时，会自动调用描述符类对应的方法。

以上描述比较抽象，具体上代码：

class StringField:
    
    def __init__(self,string):
        self.__string=string
        
    def __get__(self,instance_obj,owner_class):
        print('__get__')
        return self.__string
    
    def __set__(self,instance_obj,value):
        print('__set__')
        self.__string=value
    
    def __delete__(self,instance_obj):
        print('__delete__')
        del self.__sting

          
class A:
    name=StringField('dennis')

a=A()

a.name
a.name='tony'
del a 

'''
会依次打印出
__get__
__set__
__delete__
'''

以上代码要点解释如下：

1. StringField类，即所谓的描述符类，因其包含了指定的方法，其中
   1. __get__方法内的instance_obj即所属拥有者类对象实例（a）
   2. owner_class即所属拥有者类（A）
   3. 可通过这两者访问拥有者类或实例对象的属性或方法
2. 在类A内，定义类类属性name，是StringField的实例对象，故
   1. 当访问、更新、删除类A实例对象a的name属性时，即会自动调用描述符类StringField对应的方法
3. 通过以上例子和解释，大家其实会发现，Django框架内的Field，其本质就是一种描述符类，所属拥有者即具体Model类型，Model实例化对象访问这些属性时，会自动调用Field描述符类对应的方法，具体对数据库操作的业务逻辑，就是在这些方法内实现的

所以，了解甚至熟悉描述符，对更好的理解和使用流行框架也是大有益处的。

2.4 其他相关知识

2.4.1 __slots__控制实例对象可定义属性

这个内置属性，可以控制某类实例对象（注意，不包含类属性，以及方法）可定义的属性名范围。相较于不使用__slots__，可显著提升属性访问速度，如果在设计类时，已明确有哪些实例属性，可采用该方式框死属性范围，避免误操作并提升代码执行效率。

class D:
    __slots__=['name']

    age=10

如上代码，D类的实力对象只能定义和使用name属性，如果定义其他属性，会引发AttributeError