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【案例讲解】Python为什么要使用描述符?
2019-04-28 01:04:20

学习 Python 这么久了,说起 Python 的优雅之处,能让我脱口而出的, Descriptor(描述符)特性可以排得上号。

描述符 是Python 语言独有的特性,它不仅在应用层使用,在语言的基础设施中也有涉及。

我可以大胆地猜测,你对于描述符的了解是始于诸如 Django ORM 和 SQLAlchemy 中的字段对象,是的,它们都是描述符。你的它的认识,可能也止步于此,如果你没有去深究,它为何要如此设计?也就加体会不到 Python 给我们带来的便利与优雅。

由于 描述符的内容较多,长篇大论,容易让你倦怠,所以我打算分几篇来讲。

今天的话题是:为何要使用描述符?

假想你正在给学校写一个成绩管理系统,并没有太多编码经验的你,可能会这样子写。

class Student:
    def __init__(self, name, math, chinese, english):
        self.name = name
        self.math = math
        self.chinese = chinese
        self.english = english

    def __repr__(self):
        return "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".format(
                self.name, self.math, self.chinese, self.english
            )
复制代码

看起来一切都很合理

>>> std1 = Student('小明', 76, 87, 68)
>>> std1
<Student: 小明, math:76, chinese: 87, english:68>
复制代码

但是程序并不像人那么智能,不会自动根据使用场景判断数据的合法性,如果老师在录入成绩的时候,不小心录入了将成绩录成了负数,或者超过100,程序是无法感知的。

聪明的你,马上在代码中加入了判断逻辑。

class Student:
    def __init__(self, name, math, chinese, english):
        self.name = name
        if 0 <= math <= 100:
            self.math = math
        else:
            raise ValueError("Valid value must be in [0, 100]")
        
        if 0 <= chinese <= 100:
            self.chinese = chinese
        else:
            raise ValueError("Valid value must be in [0, 100]")
      
        if 0 <= chinese <= 100:
            self.english = english
        else:
            raise ValueError("Valid value must be in [0, 100]")
        

    def __repr__(self):
        return "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".format(
                self.name, self.math, self.chinese, self.english
            )
复制代码

这下程序稍微有点人工智能了,能够自己明辨是非了。

程序是智能了,但在__init__里有太多的判断逻辑,很影响代码的可读性。巧的是,你刚好学过 Property 特性,可以很好的应用在这里。于是你将代码修改成如下,代码的可读性瞬间提升了不少

class Student:
    def __init__(self, name, math, chinese, english):
        self.name = name
        self.math = math
        self.chinese = chinese
        self.english = english

    @property
    def math(self):
        return self._math

    @math.setter
    def math(self, value):
        if 0 <= value <= 100:
            self._math = value
        else:
            raise ValueError("Valid value must be in [0, 100]")

    @property
    def chinese(self):
        return self._chinese

    @chinese.setter
    def chinese(self, value):
        if 0 <= value <= 100:
            self._chinese = value
        else:
            raise ValueError("Valid value must be in [0, 100]")

    @property
    def english(self):
        return self._english

    @english.setter
    def english(self, value):
        if 0 <= value <= 100:
            self._english = value
        else:
            raise ValueError("Valid value must be in [0, 100]")

    def __repr__(self):
        return "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".format(
                self.name, self.math, self.chinese, self.english
            )
复制代码

程序还是一样的人工智能,非常好。

你以为你写的代码,已经非常,无懈可击了。

没想到,人外有天,小明看了你的代码后,深深地叹了口气:类里的三个属性,math、chinese、english,都使用了 Property 对属性的合法性进行了有效控制。功能上,没有问题,但就是太啰嗦了,三个变量的合法性逻辑都是一样的,只要大于0,小于100 就可以,代码重复率太高了,这里三个成绩还好,但假设还有地理、生物、历史、化学等十几门的成绩呢,这代码简直没法忍。去了解一下 Python 的描述符吧。

经过小明的指点,你知道了「描述符」这个东西。怀着一颗敬畏之心,你去搜索了下关于 描述符的用法。

其实也很简单,一个实现了 描述符协议 的类就是一个描述符。

什么描述符协议:实现了 __get__()__set__()__delete__() 其中至少一个方法的类,就是一个描述符。

  • __get__: 用于访问属性。它返回属性的值,若属性不存在、不合法等都可以抛出对应的异常。
  • __set__:将在属性分配操作中调用。不会返回任何内容。
  • __delete__:控制删除操作。不会返回内容。

对描述符有了大概的了解后,你开始重写上面的方法。

如前所述,Score 类是一个描述器,当从 Student 的实例访问 math、chinese、english这三个属性的时候,都会经过 Score 类里的三个特殊的方法。这里的 Score 避免了 使用Property 出现大量的代码无法复用的尴尬。

class Score:
    def __init__(self, default=0):
        self._score = default

    def __set__(self, instance, value):
        if not isinstance(value, int):
            raise TypeError('Score must be integer')
        if not 0 <= value <= 100:
            raise ValueError('Valid value must be in [0, 100]')

        self._score = value

    def __get__(self, instance, owner):
        return self._score

    def __delete__(self):
        del self._score
        
class Student:
    math = Score(0)
    chinese = Score(0)
    english = Score(0)

    def __init__(self, name, math, chinese, english):
        self.name = name
        self.math = math
        self.chinese = chinese
        self.english = english


    def __repr__(self):
        return "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".format(
                self.name, self.math, self.chinese, self.english
            )
复制代码

实现的效果和前面的一样,可以对数据的合法性进行有效控制(字段类型、数值区间等)

以上,我举了下具体的实例,从原始的编码风格到 Property ,后引出描述符。由浅入深,一步一步带你感受到描述符的优雅之处。

通过此文,你需要记住的只有一点,就是描述符给我们带来的编码上的便利,它在实现 保护属性不受修改属性类型检查 的基本功能,同时有大大提高代码的复用率。

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Python编程时光
创建时间:2020-06-09 15:11:01
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