详解Python中的动态属性和特性
导语：本文章记录了本人在学习Python基础之元编程篇的重点知识及个人心得，打算入门Python的朋友们可以来一起学习并交流。
一、利用动态属性处理JSON数据源
属性：在Python中，数据的属性和处理数据的方法统称属性。
元编程：用元类进行编程，元类→类→对象，元类比类更抽象，生成类的类。
1、使用动态属性访问JSON类数据
第一版：利用json.load(fp)审查数据
fromurllib.requestimporturlopen
importwarnings
importos
importjson
URL='http://www.oreilly.com/pub/sc/osconfeed'
JSON='data/osconfeed.json'
defload():
ifnotos.path.exists(JSON):
msg='downloading{}to{}'.format(URL,JSON)
warnings.warn(msg)#如果需要下载就发出提醒。
withurlopen(URL)asremote,open(JSON,'wb')aslocal:#在with语句中使用两个上下文管理器分别用于读取和保存远程文件。
local.write(remote.read())
withopen(JSON)asfp:
returnjson.load(fp)#json.load函数解析JSON文件，返回Python原生对象。
第二版：使用动态属性访问JSON类数据
第一版查阅深层数据的格式比较冗长，例如feed'Schedule'40，我们希望在读取属性上采用feed.Schedule.events[40].name这类方式来改进。并且第二版的类能递归，自动处理嵌套的映射和列表。
fromcollectionsimportabc classFronenJSON(): def__init__(self,mapping): self.__data=dict(mapping)#创建副本，同时确保处理的是字典。 def__getattr__(self,name):#仅当没有指定名称的属性才调用__getattr__方法。 ifhasattr(self,name): returngetattr(self.__data,name) else: returnFronenJSON.build(self.__data[name]) @classmethod def__build__(cls,obj): ifisinstance(obj,abc.Mapping):#判断obj是否是映射。 returncls(obj)#创建FrozenJSON对象。 elifisinstance(obj,abc.MutableSequence): return[cls.build(item)foriteminobj]#递归调用.build()方法，构建一个列表。 else:#既不是字典也不是列表，则返回元素本身。 returnobj
分析：FronenJSON类的关键是__getattr__方法。仅当无法使用常规的方式获取属性（即在实例、类或超类中找不到指定的属性），解释器才会调用特殊的__getattr__方法。
2、处理无效属性名
在Python中，由于关键字被保留，名称为关键字的属性是无效的。因此需要对第二版中的__init__进行改进：
def__init__(self,mapping):
self.__data={}
forkey,valueinmapping.items():
ifkeyword.iskeyword(key):
key+='_'#与Python关键字重复的key在尾部加上下划线。
self.__data[key]=value
3、使用特殊方法__new__
第三版：使用__new__构造方法把一个类转换成一个灵活的对象工厂函数。
fromcollectionsimportabc
classFronenJSON():
def__new__(cls,arg):#__new__是类方法，第一个参数是类本身cls。
ifisinstance(arg,abc.Mapping):
returnsuper().__new__(cls)#委托给超类object基类的__new__方法处理。
elifisinstance(arg,abc.MutableSequence):#余下方法与原先的build方法一致。
return[cls(item)foriteminarg]
else:
returnarg
def__init__(self,mapping):
self.__data={}
forkey,valueinmapping.items():
ifkeyword.iskeyword(key):
key+='_'
self.__data[key]=value
def__getattr__(self,name):
ifhasattr(self,name):
returngetattr(self.__data,name)
else:
returnFronenJSON(self.__data[name])
二、特性
1、类属性、实例属性、私有属性与特性
类属性：类属性在__init__()外初始化，属于类所有，所有实例共享一个属性。
调用方法：类属性在内部用classname.类属性名调用，外部既可以用classname.类属性名又可以用instancename.类属性名来调用。
实例属性：实例属性属于各个实例所有，互不干扰。
私有属性：
- 单下划线_开头：只是告诉别人这是私有属性，外部依然可以访问更改。
- 双下划线__开头：外部不可通过instancename.propertyname来访问或者更改，实际将其转化为了_classname__propertyname。
特性：是用于管理实例属性的类属性。
特性用途：经常用于把公开的属性变成使用读值方法和设值方法管理的属性，且在不影响客户端代码的前提下实施业务规则。
注意：
- 不要对实例属性和类属性使用相同的名字。否则实例属性会遮盖类属性，发生难以发现的错误。
- 实例属性不会遮盖类特性，但类特性会遮盖实例属性。
这是因为obj.attr不会从实例obj开始寻找attr，而是从obj.__class__开始；而且仅当类中没有名为attr的特性时，Python才会在实例中寻找attr。
简言之，就遮盖层级而言，类特性>实例属性>类属性。
2、使用特性验证属性
使用特性可以验证实例属性的有效性，同时能够根据已知属性和属性之间的关系式调整其他属性，避免硬编码。
案例：假设某商店经营坚果、杂粮等多种有机食物，每位顾客的订单会包含店中的一系列商品，我们需要根据客户的订单计算出总价。
分析：我们不希望顾客订单的商品重量为非正数，需要借助@property装饰器实现值的获取与设置，从而验证实例属性的有效性。代码如下：
classLineItem():
def__init__(self,description,weight,price):
self.description=description
self.weight=weight
self.price=price
defsubtotal(self):
returnself.weight*self.price
@property#读值。
defweight(self):
returnself.__weight#真正的值存储在私有属性中。
@weight.setter
defweight(self,value):
ifvalue>0:
self.__weight=value#有效值存入私有属性中。
else:
raiseValueError('Valuemustbe>0')#对于无效的值抛出ValueError。
Tips：当我们需要设置只读属性时，只使用@property，无需使用@func.setter。
原理解析：为了更好地理解@property装饰器的原理，我们写一版效果相同但没使用装饰器的代码。
classLineItem:
def__init__(self,description,weight,price):
self.description=description
self.weight=weight
self.price=price
defsubtotal(self):
returnself.weight*self.price
defget_weight(self):#普通读值方法。
returnself.__weight
defset_weight(self,value):#普通设值方法。
ifvalue>0:
self.__weight=value
else:
raiseValueError('valuemustbe>0')
weight=property(get_weight,set_weight)#构建property对象，赋值给公开的类特性。
property构造方法的完整签名：
property(fget=None,fset=None,fdel=None,doc=None)
3、特性工厂函数
抽象定义特性的方式有两种，一是使用特性工厂函数，二是使用描述符类。
下面我们用特性工厂函数来完成上文中提到的订单结算案例：
defquantity(storage_name):
defqty_getter(instance):#instance指的是要把属性存储其中的LineItem实例。
returninstance.__dict__[storage_name]#引用闭包中的自由变量storage_name，值直接从instance.__dict__中获取，以便跳过特性，防止无限递归。
defqty_setter(instance,value):
ifvalue>0:
instance.__dict__[storage_name]=value#同理存储，跳过特性。
else:
raiseValueError('valuemustbe>0')
returnproperty(qty_getter,qty_setter)#构建自定义特性对象并返回。
classLineItem:
weight=quantity('weight')#将自定义特性weight定义为类属性。
price=quantity('price')#同上。
def__init__(self,description,weight,price):
self.description=description
self.weight=weight#此处特性已经激活，可验证值的有效性。
self.price=price
defsubtotal(self):
returnself.weight*self.price#此处利用特性获取实例中存储的值。
4、使用特性删除属性
classBlackKnight:
def__init__(self):
self.members=['anarm','anotherarm',
'aleg','anotherleg']
self.phrases=["'Tisbutascratch.",
"It'sjustafleshwound.",
"I'minvincible!",
"Allright,we'llcallitadraw."]
@property
defmember(self):
print('nextmemberis:')
returnself.members[0]
@member.deleter
defmember(self):
text='BLACKKNIGHT(loses{})\n--{}'
print(text.format(self.members.pop(0),self.phrases.pop(0)))
删除属性只需在主程序中发出指令：delobj.attr
三、处理属性的重要属性和函数
1、特殊属性
- __class__：对象所属类的引用（即obj.__class__和type(obj)的作用相同）。Python中的某些特殊方法比如__getattr__，只在对象的类中寻找，而不在实例中寻找。
- __dict__：一个映射，存储对象或类的可写属性。
- __slots__：类可以定义这个属性，限制实例有哪些属性。
2、内置函数
- dir([object])：列出对象的大多数属性。
- getattr(object,name[,default])：从object对象中获取name字符串对应的属性。获取的属性可能来自对象所属的类或超类。
- hasattr(object,name)：若object对象中存在指定的属性，或者能以某种方式（如继承）通过object对象获取指定的属性，返回True。
- setattr(object,name,value)：把object对象指定属性的值设为value，前提是object对象能接受那个值。这个函数可能会创建一个新属性，或者覆盖现有的属性。
- var([object])：返回object对象的__dict__属性。
3、特殊方法
- __delattr__(self,name)：只要使用del语句删除属性，就会调用这个方法。
- __dir__(self)：把对象传给dir函数时调用，列出属性。
- __getattr__（self,name)：仅当获取指定的属性失败，搜索过obj，Class和超类之后调用。
- __getattribute__（self,name)：尝试获取指定的属性时总会调用这个方法。不过寻找的属性是特殊属性或特殊方法时除外。为了防止无限递归，__getattribute__方法的实现要使用super().__getattribute__(obj,name)。
- __setattr__（self,name,value)：尝试设置指定的属性时总会调用这个方法。点号和setattr内置函数会触发这个方法。
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