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老齐 · 更新于 2018-07-22 01:00:48

特殊方法 (1)

探究更多的类属性,在一些初学者的教程中,一般很少见。我之所以要在这里也将这部分奉献出来,就是因为本教程是“From Beginner to Master”。当然,不是学习了类的更多属性就能达到 Master 水平,但是这是通往 Master 的一步,虽然在初级应用中,本节乃至于后面关于类的属性用的不很多,但是,这一步迈出去,你就会在实践中有一个印象,以后需要用到了,知道有这一步,会对项目有帮助的。俗话说“艺不压身”。

__dict__

前面已经学习过有关类属性和实例属性的内容,并且做了区分,如果忘记了可以回头参阅《类(3)》中的“类属性和实例属性”部分。有一个结论,是一定要熟悉的,那就是可以通过 object.attribute 的方式访问对象的属性。

如果接着那部分内容,读者是否思考过一个问题:类或者实例属性,在 Python 中是怎么存储的?或者为什么修改或者增加、删除属性,我们能不能控制这些属性?

>>> class A(object):
...     pass
...

>>> a = A()
>>> dir(a)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__']
>>> dir(A)
['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__']

dir() 来查看一下,发现不管是类还是实例,都有很多属性,这在前面已经反复出现,有点见怪不怪了。不过,这里我们要看一个属性:__dict__,因为它是一个保存秘密的东西:对象的属性。

>>> class Spring(object):
...     season = "the spring of class"
... 

>>> Spring.__dict__
dict_proxy({'__dict__': <attribute '__dict__' of 'Spring' objects>, 
'season': 'the spring of class', 
'__module__': '__main__', 
'__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Spring' objects>, 
'__doc__': None})

为了便于观察,我将上面的显示结果进行了换行,每个键值对一行。

对于类 Spring 的__dict__属性,可以发现,有一个键'season',这就是这个类的属性;其值就是类属性的数据。

>>> Spring.__dict__['season']
'the spring of class'
>>> Spring.season
'the spring of class'

用这两种方式都能得到类属性的值。或者说 Spring.__dict__['season'] 就是访问类属性。下面将这个类实例化,再看看它的实例属性:

>>> s = Spring()
>>> s.__dict__
{}

实例属性的__dict__是空的。有点奇怪?不奇怪,接着看:

>>> s.season
'the spring of class'

这个其实是指向了类属性中的 Spring.season,至此,我们其实还没有建立任何实例属性呢。下面就建立一个实例属性:

>>> s.season = "the spring of instance"
>>> s.__dict__
{'season': 'the spring of instance'}

这样,实例属性里面就不空了。这时候建立的实例属性和上面的那个 s.season 只不过重名,并且把它“遮盖”了。这句好是不是熟悉?因为在讲述“实例属性”和“类属性”的时候就提到了。现在读者肯定理解更深入了。

>>> s.__dict__['season']
'the spring of instance'
>>> s.season
'the spring of instance'

此时,那个类属性如何?我们看看:

>>> Spring.__dict__['season']
'the spring of class'
>>> Spring.__dict__
dict_proxy({'__dict__': <attribute '__dict__' of 'Spring' objects>, 'season': 'the spring of class', '__module__': '__main__', '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Spring' objects>, '__doc__': None})
>>> Spring.season
'the spring of class'

Spring 的类属性没有受到实例属性的影响。

按照前面的讲述类属性和实例熟悉的操作,如果这时候将前面的实例属性删除,会不会回到实例属性s.__dict__为空呢?

>>> del s.season
>>> s.__dict__
{}
>>> s.season
'the spring of class'

果然打回原形。

当然,你可以定义其它名称的实例属性,它一样被存储到__dict__属性里面:

>>> s.lang = "python"
>>> s.__dict__
{'lang': 'python'}
>>> s.__dict__['lang']
'python'

诚然,这样做仅仅是更改了实例的__dict__内容,对 Spring.__dict__无任何影响,也就是说通过 Spring.lang 或者 Spring.__dict__['lang'] 是得不到上述结果的。

>>> Spring.lang
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: type object 'Spring' has no attribute 'lang'

>>> Spring.__dict__['lang']
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'lang'

那么,如果这样操作,会怎样呢?

>>> Spring.flower = "peach"
>>> Spring.__dict__
dict_proxy({'__module__': '__main__', 
'flower': 'peach', 
'season': 'the spring of class', 
'__dict__': <attribute '__dict__' of 'Spring' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Spring' objects>, '__doc__': None})
>>> Spring.__dict__['flower']
'peach'

在类的__dict__被更改了,类属性中增加了一个'flower'属性。但是,实例的__dict__中如何?

>>> s.__dict__
{'lang': 'python'}

没有被修改。我也是这么想的,哈哈。你此前这这么觉得吗?然而,还能这样:

>>> s.flower
'peach'

这个读者是否能解释?其实又回到了前面第一个出现 s.season 上面了。

通过上面探讨,是不是基本理解了实例和类的__dict__,并且也看到了属性的变化特点。特别是,这些属性都是可以动态变化的,就是你可以随时修改和增删。

属性如此,方法呢?下面就看看方法(类中的函数)。

>>> class Spring(object):
...     def tree(self, x):
...         self.x = x
...         return self.x
... 
>>> Spring.__dict__
dict_proxy({'__dict__': <attribute '__dict__' of 'Spring' objects>, 
'__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Spring' objects>, 
'__module__': '__main__', 
'tree': <function tree at 0xb748fdf4>, 
'__doc__': None})

>>> Spring.__dict__['tree']
<function tree at 0xb748fdf4>

结果跟前面讨论属性差不多,方法 tree 也在__dict__里面呢。

>>> t = Spring()
>>> t.__dict__
{}

又跟前面一样。虽然建立了实例,但是在实例的__dict__中没有方法。接下来,执行:

>>> t.tree("xiangzhangshu")
'xiangzhangshu'

类(3)中有一部分内容阐述“数据流转”,其中有一张图,其中非常明确显示出,当用上面方式执行方法的时候,实例 tself 建立了对应关系,两者是一个外一个内。在方法中 self.x = x,将 x 的值给了 self.x,也就是实例应该拥有了这么一个属性。

>>> t.__dict__
{'x': 'xiangzhangshu'}

果然如此。这也印证了实例 tself 的关系,即实例方法(t.tree('xiangzhangshu'))的第一个参数(self,但没有写出来)绑定实例 t,透过 self.x 来设定值,即给 t.__dict__添加属性值。

换一个角度:

>>> class Spring(object):
...     def tree(self, x):
...         return x
...

这回方法中没有将 x 赋值给 self 的属性,而是直接 return,结果是:

>>> s = Spring()
>>> s.tree("liushu")
'liushu'
>>> s.__dict__
{}

是不是理解更深入了?

现在需要对 Python 中一个观点:“一切皆对象”,再深入领悟。以上不管是类还是的实例的属性和方法,都是符合 object.attribute 格式,并且属性类似。

当你看到这里的时候,要么明白了类和实例的__dict__的特点,要么就糊涂了。糊涂也不要紧,再将上面的重复一遍,特别是自己要敲一敲有关代码。(建议一个最好的方法:用两个显示器,一个显示器看本教程,另外一个显示器敲代码。事半功倍的效果。)

需要说明,我们对__dict__的探讨还留有一个尾巴:属性搜索路径。这个留在后面讲述。

不管是类还是实例,其属性都能随意增加。这点在有时候不是一件好事情,或许在某些时候你不希望别人增加属性。有办法吗?当然有,请继续学习。

__slots__

首先声明,__slots__能够限制属性的定义,但是这不是它存在终极目标,它存在的终极目标更应该是一个在编程中非常重要的方面:优化内存使用。

>>> class Spring(object):
...     __slots__ = ("tree", "flower")
... 
>>> dir(Spring)
['__class__', '__delattr__', '__doc__', '__format__', '__getattribute__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__slots__', '__str__', '__subclasshook__', 'flower', 'tree']

仔细看看 dir() 的结果,还有__dict__属性吗?没有了,的确没有了。也就是说__slots____dict__挤出去了,它进入了类的属性。

>>> Spring.__slots__
('tree', 'flower')

这里可以看出,类 Spring 有且仅有两个属性。

>>> t = Spring()
>>> t.__slots__
('tree', 'flower')

实例化之后,实例的__slots__与类的完全一样,这跟前面的__dict__大不一样了。

>>> Spring.tree = "liushu"

通过类,先赋予一个属性值。然后,检验一下实例能否修改这个属性:

>>> t.tree = "guangyulan"
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Spring' object attribute 'tree' is read-only

看来,我们的意图不能达成,报错信息中显示,tree 这个属性是只读的,不能修改了。

>>> t.tree
'liushu'

因为前面已经通过类给这个属性赋值了。不能用实例属性来修改。只能:

>>> Spring.tree = "guangyulan"
>>> t.tree
'guangyulan'

用类属性修改。但是对于没有用类属性赋值的,可以通过实例属性:

>>> t.flower = "haitanghua"
>>> t.flower
'haitanghua'

但此时:

>>> Spring.flower
<member 'flower' of 'Spring' objects>

实例属性的值并没有传回到类属性,你也可以理解为新建立了一个同名的实例属性。如果再给类属性赋值,那么就会这样了:

>>> Spring.flower = "ziteng"
>>> t.flower
'ziteng'

当然,此时在给 t.flower 重新赋值,就会爆出跟前面一样的错误了。

>>> t.water = "green"
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: 'Spring' object has no attribute 'water'

这里试图给实例新增一个属性,也失败了。

看来__slots__已经把实例属性牢牢地管控了起来,但更本质是的是优化了内存。诚然,这种优化会在大量的实例时候显出效果。


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