Python面试题之Python反射详解

0x00 前言

反射,可以理解为利用字符串的形式去对象中操作成员属性和方法

反射的这点特性让我联想到了exec函数,也是把利用字符串的形式去让Python解释器去执行命令

Python Version: 3.5+

解释Python的反射,先提一个简单的需求,现在我有一个简易的网站,由两个文件组成,一个是具体执行操作的commons.py文件,一个是入口文件index.py,现在我需要在入口文件中设置,让用户输入url,根据用户输入的url去后端执行相应的操作,内容如下:

# commons.py
def login():
    print('登录页面!')

def logout():
    print('退出页面!')

def index():
    print('主页面')
# index.py
import commons

inp = input('url > ')

if inp == 'login':
    commons.login()
elif inp == 'logout':
    commons.logout()
elif inp == 'index':
    commons.index()
else:
    print('404')

------------
url > login
登录页面!

上面我使用了if判断,根据每一个url请求去后端执行指定的函数。那现在我的网站内容变多了,在commons.py中有100个页面操作,那么相对应的我在index.py中也要使用if else 对这100个页面函数进行手动指定。

有了Python?反射的特性,这个需求就变得异常简单了,先不多解释,先看代码(commons.py保持文件不变,还是拿三个页面的操作举例?):

# index.py
import commons

def run():
    inp = input('url > ')
    if hasattr(commons, inp):
        func = getattr(commons, inp)
        func()
    else:
        print('404')

if __name__ == "__main__":
    run()
    
------------
url > logout
退出页面!

Look! Python的反射立了大功,使用这几行代码,可以应对commons.py文件中任意多个页面函数的调用!接下来我们来详细介绍Python反射中用到的内建函数

0x01 getattr()

源码:

def getattr(object, name, default=None): # known special case of getattr
    """
    getattr(object, name[, default]) -> value
    
    Get a named attribute from an object; getattr(x, 'y') is equivalent to x.y.
    When a default argument is given, it is returned when the attribute doesn't
    exist; without it, an exception is raised in that case.
    """
    pass

getattr()函数执行成功后会将参数中对象中的方法赋值给新的变量(会返回参数中指定的对象中的方法)相当于参数中的方法又多了一个栈区的变量去引用

getattr()函数的第一个参数需要是个对象,上面的例子中,我导入了自定义的commons模块,commons就是个对象;第二个参数是指定前面对象中的一个方法名称。getattr(x, 'y') 等价于执行了 x.y。假如第二个参数输入了前面对象中不存在的方法,该函数会抛出异常并退出。所以这个时候,为了程序的健壮性,我们需要先判断一下该对象中有没有这个方法,于是hasattr()函数登场了~~

0x02 hasattr()

源码:

def hasattr(*args, **kwargs): # real signature unknown
    """
    Return whether the object has an attribute with the given name.
    
    This is done by calling getattr(obj, name) and catching AttributeError.
    """
    pass

hasattr()函数返回对象是否拥有指定名称的属性,简单的说就是检查在第一个参数的对象中,能否找到与第二参数名相同的方法。源码的解释还说,该函数的实现其实就是调用了getattr()函数,只不过它捕获了异常而已。所以通过这个函数,我们可以先去判断对象中有没有这个方法,有则使用getattr()来获取该方法。

0x03 delattr()

源码:

import commons

print(dir(commons))
delattr(commons, 'index')
print(dir(commons))

------------
['__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'index', 'login', 'logout']
['__builtins__', '__cached__', '__doc__', '__file__', '__loader__', '__name__', '__package__', '__spec__', 'login', 'logout']

删除指定对象中的指定方法,特别提示:只是在本次运行程序的内存中将该方法删除,并没有影响到文件的内容。

0x04 setattr()

源码:

def setattr(x, y, v): # real signature unknown; restored from __doc__
    """
    Sets the named attribute on the given object to the specified value.
    
    setattr(x, 'y', v) is equivalent to ``x.y = v''
    """
    pass

setattr()函数用来给指定对象中的方法重新赋值(将新的函数体/方法体赋值给指定的对象名)仅在本次程序运行的内存中生效。setattr(x, 'y', v) 等价于 x.y = v

import commons

commons.index()

def newindex():
    print('new 主页面!')

setattr(commons, 'index', newindex)

commons.index()

------------
主页面
new 主页面!

0x05 __import__模块反射

好的,网站发展至今,功能有了很多的扩展,现在一个后台文件已经不能满足我的需求,这个时候需要根据职能划分后台文件,现在我又新增了一个account.py这个用户管理类的文件,也需要导入到首页以备调用。

这个时候,我的首页通过反射,只能指定commons模块的方法任意调用,现在新增了account模块,是不是我又要加入if去判断啦?不用!Python已经帮我们想到这一点了!最后搬出__import__这个大救星。

由于模块的导入也需要使用Python反射的特性,所以模块名也要加入到url中,所以现在url请求变成了类似于commons/index的形式

# account.py
def add_user():
    print('添加用户')

def del_user():
    print('删除用户')
# commons.py
def login():
    print('登录页面!')

def logout():
    print('退出页面!')

def index():
    print('主页面')
# index.py
def run():
    inp = input('url > ')
    m, f = inp.split('/')
    obj_module = __import__(m)
    if hasattr(obj_module, f):
        func = getattr(obj_module, f)
        func()
    else:
        print('404')

if __name__ == "__main__":
    run()
# 执行
# python3 index.py
url > account/add_user
添加用户

# python3 index.py
url > commons/login
登录页面!

能体会到__import__的作用了吗,就是把字符串当做模块去导入。import 'sys' 和 import sys 是不一样的,不信你执行一下~~要想导入字符串'sys'只能通过__import__('sys')的方式导入

等等,还没完,我的网站进一步细化分工,现在又多了一层目录结构,如下所示:

|- index.py
|- commons.py
|- account.py
|- lib
    |- __init__.py
    |- connectdb.py

现在我想在index页面中调用lib包下connectdb模块中的方法,还是用之前的方式调用可以吗?我们试一下

def run():
    inp = input('url > ')
    m, f = inp.split('/')
    obj_module = __import__('lib.' + m)
    if hasattr(obj_module, f):
        func = getattr(obj_module, f)
        func()
    else:
        print('404')

if __name__ == "__main__":
    run()
    
------------
404

哎呦,不行啊。上面我为了测试调用lib下的模块,抛弃了对所有同级目录模块的支持,可还是不行,居然找不到这个这个模块的这个方法。还是来看下源码是怎么说的。

def __import__(name, globals=None, locals=None, fromlist=(), level=0): # real signature unknown; restored from __doc__
    """
    __import__(name, globals=None, locals=None, fromlist=(), level=0) -> module
    
    Import a module. Because this function is meant for use by the Python
    interpreter and not for general use it is better to use
    importlib.import_module() to programmatically import a module.
    
    The globals argument is only used to determine the context;
    they are not modified.  The locals argument is unused.  The fromlist
    should be a list of names to emulate ``from name import ...'', or an
    empty list to emulate ``import name''.
    When importing a module from a package, note that __import__('A.B', ...)
    returns package A when fromlist is empty, but its submodule B when
    fromlist is not empty.  Level is used to determine whether to perform 
    absolute or relative imports. 0 is absolute while a positive number
    is the number of parent directories to search relative to the current module.
    """
    pass

__import__函数中有一个fromlist参数,源码解释说,如果在一个包中导入一个模块,这个参数如果为空,则return这个包对象,如果这个参数不为空,则返回包下面指定的模块对象,于是做出如下修改

def run():
    inp = input('url > ')
    m, f = inp.split('/')
    obj_module = __import__('lib.' + m, fromlist=True)
    if hasattr(obj_module, f):
        func = getattr(obj_module, f)
        func()
    else:
        print('404')

if __name__ == "__main__":
    run()

------------
url > connectdb/mysql
已连接mysql

成功了~~ 但是为了这次成功,我写死了lib前缀,相当于抛弃了commons和account两个导入的功能,所以以上代码并不完善,需求复杂后,还是需要对请求的url做一下判断

def run():
    inp = input('url > ')
    if len(inp.split('/')) == 2:
        m, f = inp.split('/')
        obj_module = __import__(m)
        if hasattr(obj_module, f):
            func = getattr(obj_module, f)
            func()
        else:
            print('404')
    elif len(inp.split('/')) == 3:
        p, m, f = inp.split('/')
        obj_module = __import__(p + '.' + m, fromlist=True)
        if hasattr(obj_module, f):
            func = getattr(obj_module, f)
            func()
        else:
            print('404')

if __name__ == "__main__":
    run()
# 执行
# python3 index.py
url > lib/connectdb/mysql
已连接mysql


# python3 index.py
url > account/del_user
删除用户

虽然重复代码量不高,但我们仍要有一颗消除重复代码的❤️

def run():
    if len(inp.split('/')) == 2:
        m, f = inp.split('/')
        obj_module = __import__(m)
        getf(obj_module, f)
    elif len(inp.split('/')) == 3:
        p, m, f = inp.split('/')
        obj_module = __import__(p + '.' + m, fromlist=True)
        getf(obj_module, f)

def getf(m, f):
    if hasattr(m, f):
        func = getattr(m, f)
        func()
    else:
        print('404')

if __name__ == "__main__":
    inp = input('url > ')
    run()

参考

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