## 問題
你想定義某些在屬性賦值上面有限制的數據結構。
## 解決方案
在這個問題中,你需要在對某些實例屬性賦值時進行檢查。所以你要自定義屬性賦值函數,這種情況下最好使用描述器。
下面的代碼使用描述器實現了一個系統類型和賦值驗證框架:
# Base class. Uses a descriptor to set a value
class Descriptor:
def __init__(self, name=None, **opts):
self.name = name
for key, value in opts.items():
setattr(self, key, value)
def __set__(self, instance, value):
instance.__dict__[self.name] = value
# Descriptor for enforcing types
class Typed(Descriptor):
expected_type = type(None)
def __set__(self, instance, value):
if not isinstance(value, self.expected_type):
raise TypeError('expected ' + str(self.expected_type))
super().__set__(instance, value)
# Descriptor for enforcing values
class Unsigned(Descriptor):
def __set__(self, instance, value):
if value < 0:
raise ValueError('Expected >= 0')
super().__set__(instance, value)
class MaxSized(Descriptor):
def __init__(self, name=None, **opts):
if 'size' not in opts:
raise TypeError('missing size option')
super().__init__(name, **opts)
def __set__(self, instance, value):
if len(value) >= self.size:
raise ValueError('size must be < ' + str(self.size))
super().__set__(instance, value)
這些類就是你要創建的數據模型或類型系統的基礎構建模塊。下面就是我們實際定義的各種不同的數據類型:
class Integer(Typed):
expected_type = int
class UnsignedInteger(Integer, Unsigned):
pass
class Float(Typed):
expected_type = float
class UnsignedFloat(Float, Unsigned):
pass
class String(Typed):
expected_type = str
class SizedString(String, MaxSized):
pass
然后使用這些自定義數據類型,我們定義一個類:
class Stock:
# Specify constraints
name = SizedString('name', size=8)
shares = UnsignedInteger('shares')
price = UnsignedFloat('price')
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
self.shares = shares
self.price = price
然后測試這個類的屬性賦值約束,可發現對某些屬性的賦值違法了約束是不合法的:
>>> s.name
'ACME'
>>> s.shares = 75
>>> s.shares = -10
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "example.py", line 17, in __set__
super().__set__(instance, value)
File "example.py", line 23, in __set__
raise ValueError('Expected >= 0')
ValueError: Expected >= 0
>>> s.price = 'a lot'
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "example.py", line 16, in __set__
raise TypeError('expected ' + str(self.expected_type))
TypeError: expected <class 'float'>
>>> s.name = 'ABRACADABRA'
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "example.py", line 17, in __set__
super().__set__(instance, value)
File "example.py", line 35, in __set__
raise ValueError('size must be < ' + str(self.size))
ValueError: size must be < 8
>>>
還有一些技術可以簡化上面的代碼,其中一種是使用類裝飾器:
# Class decorator to apply constraints
def check_attributes(**kwargs):
def decorate(cls):
for key, value in kwargs.items():
if isinstance(value, Descriptor):
value.name = key
setattr(cls, key, value)
else:
setattr(cls, key, value(key))
return cls
return decorate
# Example
@check_attributes(name=SizedString(size=8),
shares=UnsignedInteger,
price=UnsignedFloat)
class Stock:
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
self.shares = shares
self.price = price
另外一種方式是使用元類:
# A metaclass that applies checking
class checkedmeta(type):
def __new__(cls, clsname, bases, methods):
# Attach attribute names to the descriptors
for key, value in methods.items():
if isinstance(value, Descriptor):
value.name = key
return type.__new__(cls, clsname, bases, methods)
# Example
class Stock2(metaclass=checkedmeta):
name = SizedString(size=8)
shares = UnsignedInteger()
price = UnsignedFloat()
def __init__(self, name, shares, price):
self.name = name
self.shares = shares
self.price = price
## 討論
本節使用了很多高級技術,包括描述器、混入類、`super()` 的使用、類裝飾器和元類。不可能在這里一一詳細展開來講,但是可以在8.9、8.18、9.19小節找到更多例子。但是,我在這里還是要提一下幾個需要注意的點。
首先,在 `Descriptor` 基類中你會看到有個 `__set__()` 方法,卻沒有相應的 `__get__()` 方法。如果一個描述僅僅是從底層實例字典中獲取某個屬性值的話,那么沒必要去定義 `__get__()` 方法。
所有描述器類都是基于混入類來實現的。比如 `Unsigned` 和 `MaxSized` 要跟其他繼承自 `Typed` 類混入。這里利用多繼承來實現相應的功能。
混入類的一個比較難理解的地方是,調用 `super()` 函數時,你并不知道究竟要調用哪個具體類。你需要跟其他類結合后才能正確的使用,也就是必須合作才能產生效果。
使用類裝飾器和元類通常可以簡化代碼。上面兩個例子中你會發現你只需要輸入一次屬性名即可了。
# Normal
class Point:
x = Integer('x')
y = Integer('y')
# Metaclass
class Point(metaclass=checkedmeta):
x = Integer()
y = Integer()
所有方法中,類裝飾器方案應該是最靈活和最高明的。首先,它并不依賴任何其他新的技術,比如元類。其次,裝飾器可以很容易的添加或刪除。
最后,裝飾器還能作為混入類的替代技術來實現同樣的效果;
# Decorator for applying type checking
def Typed(expected_type, cls=None):
if cls is None:
return lambda cls: Typed(expected_type, cls)
super_set = cls.__set__
def __set__(self, instance, value):
if not isinstance(value, expected_type):
raise TypeError('expected ' + str(expected_type))
super_set(self, instance, value)
cls.__set__ = __set__
return cls
# Decorator for unsigned values
def Unsigned(cls):
super_set = cls.__set__
def __set__(self, instance, value):
if value < 0:
raise ValueError('Expected >= 0')
super_set(self, instance, value)
cls.__set__ = __set__
return cls
# Decorator for allowing sized values
def MaxSized(cls):
super_init = cls.__init__
def __init__(self, name=None, **opts):
if 'size' not in opts:
raise TypeError('missing size option')
super_init(self, name, **opts)
cls.__init__ = __init__
super_set = cls.__set__
def __set__(self, instance, value):
if len(value) >= self.size:
raise ValueError('size must be < ' + str(self.size))
super_set(self, instance, value)
cls.__set__ = __set__
return cls
# Specialized descriptors
@Typed(int)
class Integer(Descriptor):
pass
@Unsigned
class UnsignedInteger(Integer):
pass
@Typed(float)
class Float(Descriptor):
pass
@Unsigned
class UnsignedFloat(Float):
pass
@Typed(str)
class String(Descriptor):
pass
@MaxSized
class SizedString(String):
pass
這種方式定義的類跟之前的效果一樣,而且執行速度會更快。設置一個簡單的類型屬性的值,裝飾器方式要比之前的混入類的方式幾乎快100%。現在你應該慶幸自己讀完了本節全部內容了吧?^_^
- Copyright
- 前言
- 第一章:數據結構和算法
- 1.1 解壓序列賦值給多個變量
- 1.2 解壓可迭代對象賦值給多個變量
- 1.3 保留最后N個元素
- 1.4 查找最大或最小的N個元素
- 1.5 實現一個優先級隊列
- 1.6 字典中的鍵映射多個值
- 1.7 字典排序
- 1.8 字典的運算
- 1.9 查找兩字典的相同點
- 1.10 刪除序列相同元素并保持順序
- 1.11 命名切片
- 1.12 序列中出現次數最多的元素
- 1.13 通過某個關鍵字排序一個字典列表
- 1.14 排序不支持原生比較的對象
- 1.15 通過某個字段將記錄分組
- 1.16 過濾序列元素
- 1.17 從字典中提取子集
- 1.18 映射名稱到序列元素
- 1.19 轉換并同時計算數據
- 1.20 合并多個字典或映射
- 第二章:字符串和文本
- 2.1 使用多個界定符分割字符串
- 2.2 字符串開頭或結尾匹配
- 2.3 用Shell通配符匹配字符串
- 2.4 字符串匹配和搜索
- 2.5 字符串搜索和替換
- 2.6 字符串忽略大小寫的搜索替換
- 2.7 最短匹配模式
- 2.8 多行匹配模式
- 2.9 將Unicode文本標準化
- 2.10 在正則式中使用Unicode
- 2.11 刪除字符串中不需要的字符
- 2.12 審查清理文本字符串
- 2.13 字符串對齊
- 2.14 合并拼接字符串
- 2.15 字符串中插入變量
- 2.16 以指定列寬格式化字符串
- 2.17 在字符串中處理html和xml
- 2.18 字符串令牌解析
- 2.19 實現一個簡單的遞歸下降分析器
- 2.20 字節字符串上的字符串操作
- 第三章:數字日期和時間
- 3.1 數字的四舍五入
- 3.2 執行精確的浮點數運算
- 3.3 數字的格式化輸出
- 3.4 二八十六進制整數
- 3.5 字節到大整數的打包與解包
- 3.6 復數的數學運算
- 3.7 無窮大與NaN
- 3.8 分數運算
- 3.9 大型數組運算
- 3.10 矩陣與線性代數運算
- 3.11 隨機選擇
- 3.12 基本的日期與時間轉換
- 3.13 計算最后一個周五的日期
- 3.14 計算當前月份的日期范圍
- 3.15 字符串轉換為日期
- 3.16 結合時區的日期操作
- 第四章:迭代器與生成器
- 4.1 手動遍歷迭代器
- 4.2 代理迭代
- 4.3 使用生成器創建新的迭代模式
- 4.4 實現迭代器協議
- 4.5 反向迭代
- 4.6 帶有外部狀態的生成器函數
- 4.7 迭代器切片
- 4.8 跳過可迭代對象的開始部分
- 4.9 排列組合的迭代
- 4.10 序列上索引值迭代
- 4.11 同時迭代多個序列
- 4.12 不同集合上元素的迭代
- 4.13 創建數據處理管道
- 4.14 展開嵌套的序列
- 4.15 順序迭代合并后的排序迭代對象
- 4.16 迭代器代替while無限循環
- 第五章:文件與IO
- 5.1 讀寫文本數據
- 5.2 打印輸出至文件中
- 5.3 使用其他分隔符或行終止符打印
- 5.4 讀寫字節數據
- 5.5 文件不存在才能寫入
- 5.6 字符串的I/O操作
- 5.7 讀寫壓縮文件
- 5.8 固定大小記錄的文件迭代
- 5.9 讀取二進制數據到可變緩沖區中
- 5.10 內存映射的二進制文件
- 5.11 文件路徑名的操作
- 5.12 測試文件是否存在
- 5.13 獲取文件夾中的文件列表
- 5.14 忽略文件名編碼
- 5.15 打印不合法的文件名
- 5.16 增加或改變已打開文件的編碼
- 5.17 將字節寫入文本文件
- 5.18 將文件描述符包裝成文件對象
- 5.19 創建臨時文件和文件夾
- 5.20 與串行端口的數據通信
- 5.21 序列化Python對象
- 第六章:數據編碼和處理
- 6.1 讀寫CSV數據
- 6.2 讀寫JSON數據
- 6.3 解析簡單的XML數據
- 6.4 增量式解析大型XML文件
- 6.5 將字典轉換為XML
- 6.6 解析和修改XML
- 6.7 利用命名空間解析XML文檔
- 6.8 與關系型數據庫的交互
- 6.9 編碼和解碼十六進制數
- 6.10 編碼解碼Base64數據
- 6.11 讀寫二進制數組數據
- 6.12 讀取嵌套和可變長二進制數據
- 6.13 數據的累加與統計操作
- 第七章:函數
- 7.1 可接受任意數量參數的函數
- 7.2 只接受關鍵字參數的函數
- 7.3 給函數參數增加元信息
- 7.4 返回多個值的函數
- 7.5 定義有默認參數的函數
- 7.6 定義匿名或內聯函數
- 7.7 匿名函數捕獲變量值
- 7.8 減少可調用對象的參數個數
- 7.9 將單方法的類轉換為函數
- 7.10 帶額外狀態信息的回調函數
- 7.11 內聯回調函數
- 7.12 訪問閉包中定義的變量
- 第八章:類與對象
- 8.1 改變對象的字符串顯示
- 8.2 自定義字符串的格式化
- 8.3 讓對象支持上下文管理協議
- 8.4 創建大量對象時節省內存方法
- 8.5 在類中封裝屬性名
- 8.6 創建可管理的屬性
- 8.7 調用父類方法
- 8.8 子類中擴展property
- 8.9 創建新的類或實例屬性
- 8.10 使用延遲計算屬性
- 8.11 簡化數據結構的初始化
- 8.12 定義接口或者抽象基類
- 8.13 實現數據模型的類型約束
- 8.14 實現自定義容器
- 8.15 屬性的代理訪問
- 8.16 在類中定義多個構造器
- 8.17 創建不調用init方法的實例
- 8.18 利用Mixins擴展類功能
- 8.19 實現狀態對象或者狀態機
- 8.20 通過字符串調用對象方法
- 8.21 實現訪問者模式
- 8.22 不用遞歸實現訪問者模式
- 8.23 循環引用數據結構的內存管理
- 8.24 讓類支持比較操作
- 8.25 創建緩存實例
- 第九章:元編程
- 9.1 在函數上添加包裝器
- 9.2 創建裝飾器時保留函數元信息
- 9.3 解除一個裝飾器
- 9.4 定義一個帶參數的裝飾器
- 9.5 可自定義屬性的裝飾器
- 9.6 帶可選參數的裝飾器
- 9.7 利用裝飾器強制函數上的類型檢查
- 9.8 將裝飾器定義為類的一部分
- 9.9 將裝飾器定義為類
- 9.10 為類和靜態方法提供裝飾器
- 9.11 裝飾器為被包裝函數增加參數
- 9.12 使用裝飾器擴充類的功能
- 9.13 使用元類控制實例的創建
- 9.14 捕獲類的屬性定義順序
- 9.15 定義有可選參數的元類
- 9.16 *args和**kwargs的強制參數簽名
- 9.17 在類上強制使用編程規約
- 9.18 以編程方式定義類
- 9.19 在定義的時候初始化類的成員
- 9.20 利用函數注解實現方法重載
- 9.21 避免重復的屬性方法
- 9.22 定義上下文管理器的簡單方法
- 9.23 在局部變量域中執行代碼
- 9.24 解析與分析Python源碼
- 9.25 拆解Python字節碼
- 第十章:模塊與包
- 10.1 構建一個模塊的層級包
- 10.2 控制模塊被全部導入的內容
- 10.3 使用相對路徑名導入包中子模塊
- 10.4 將模塊分割成多個文件
- 10.5 利用命名空間導入目錄分散的代碼
- 10.6 重新加載模塊
- 10.7 運行目錄或壓縮文件
- 10.8 讀取位于包中的數據文件
- 10.9 將文件夾加入到sys.path
- 10.10 通過字符串名導入模塊
- 10.11 通過導入鉤子遠程加載模塊
- 10.12 導入模塊的同時修改模塊
- 10.13 安裝私有的包
- 10.14 創建新的Python環境
- 10.15 分發包
- 第十一章:網絡與Web編程
- 11.1 作為客戶端與HTTP服務交互
- 11.2 創建TCP服務器
- 11.3 創建UDP服務器
- 11.4 通過CIDR地址生成對應的IP地址集
- 11.5 生成一個簡單的REST接口
- 11.6 通過XML-RPC實現簡單的遠程調用
- 11.7 在不同的Python解釋器之間交互
- 11.8 實現遠程方法調用
- 11.9 簡單的客戶端認證
- 11.10 在網絡服務中加入SSL
- 11.11 進程間傳遞Socket文件描述符
- 11.12 理解事件驅動的IO
- 11.13 發送與接收大型數組
- 第十二章:并發編程
- 12.1 啟動與停止線程
- 12.2 判斷線程是否已經啟動
- 12.3 線程間的通信
- 12.4 給關鍵部分加鎖
- 12.5 防止死鎖的加鎖機制
- 12.6 保存線程的狀態信息
- 12.7 創建一個線程池
- 12.8 簡單的并行編程
- 12.9 Python的全局鎖問題
- 12.10 定義一個Actor任務
- 12.11 實現消息發布/訂閱模型
- 12.12 使用生成器代替線程
- 12.13 多個線程隊列輪詢
- 12.14 在Unix系統上面啟動守護進程
- 第十三章:腳本編程與系統管理
- 13.1 通過重定向/管道/文件接受輸入
- 13.2 終止程序并給出錯誤信息
- 13.3 解析命令行選項
- 13.4 運行時彈出密碼輸入提示
- 13.5 獲取終端的大小
- 13.6 執行外部命令并獲取它的輸出
- 13.7 復制或者移動文件和目錄
- 13.8 創建和解壓壓縮文件
- 13.9 通過文件名查找文件
- 13.10 讀取配置文件
- 13.11 給簡單腳本增加日志功能
- 13.12 給內庫增加日志功能
- 13.13 記錄程序執行的時間
- 13.14 限制內存和CPU的使用量
- 13.15 啟動一個WEB瀏覽器
- 第十四章:測試調試和異常
- 14.1 測試輸出到標準輸出上
- 14.2 在單元測試中給對象打補丁
- 14.3 在單元測試中測試異常情況
- 14.4 將測試輸出用日志記錄到文件中
- 14.5 忽略或者期望測試失敗
- 14.6 處理多個異常
- 14.7 捕獲所有異常
- 14.8 創建自定義異常
- 14.9 捕獲異常后拋出另外的異常
- 14.10 重新拋出最后的異常
- 14.11 輸出警告信息
- 14.12 調試基本的程序崩潰錯誤
- 14.13 給你的程序做基準測試
- 14.14 讓你的程序跑的更快
- 第十五章:C語言擴展
- 15.1 使用ctypes訪問C代碼
- 15.2 簡單的C擴展模塊
- 15.3 一個操作數組的擴展函數
- 15.4 在C擴展模塊中操作隱形指針
- 15.5 從擴張模塊中定義和導出C的API
- 15.6 從C語言中調用Python代碼
- 15.7 從C擴展中釋放全局鎖
- 15.8 C和Python中的線程混用
- 15.9 用WSIG包裝C代碼
- 15.10 用Cython包裝C代碼
- 15.11 用Cython寫高性能的數組操作
- 15.12 將函數指針轉換為可調用對象
- 15.13 傳遞NULL結尾的字符串給C函數庫
- 15.14 傳遞Unicode字符串給C函數庫
- 15.15 C字符串轉換為Python字符串
- 15.16 不確定編碼格式的C字符串
- 15.17 傳遞文件名給C擴展
- 15.18 傳遞已打開的文件給C擴展
- 15.19 從C語言中讀取類文件對象
- 15.20 處理C語言中的可迭代對象
- 15.21 診斷分析代碼錯誤
- 附錄A
- 關于譯者
- Roadmap