如何理解描述符

前言

上篇文章中挖了 property 和描述符的坑，这篇就把它填上好了_(:з)∠)_

property 是用描述符实现的，所以先说说 property。

property

property 本身是一个实现了描述符协议的类，在不改变类接口的情况下，提供了一组对实例属性的读取、写入和删除操作。下面举个例子，一个银行账户的抽象，很容易实现：

银行账户最常见的操作就是存款和取款了：

但是这里有个问题：

当然这种操作是不该被允许的，我们需要对 的写入做限制。Jawa 之类的语言会创建一组 getter、setter 方法来管理属性，但是这并不 Python，也对现有的代码不友好。正确的方式是使用 property。

现在 被禁止设为小于 0 的数：

可以看到我们使用 的方式没有发生变化，但是对值的限制已经生效了。

property 还有一个 装饰器，处理应用于属性的 ；当然， 本身用的也不多，大多数时候把销毁操作交给 Python 就可以了。不过如果涉及到复杂对象的引用，要做到 RAII（误，还是要手动实现的。

property 是类

property 本身是用 C 实现的，这里有一个纯 Python 的实现。正如上文所说，它本身是一个类，构造方法的签名如下：

熟悉一点装饰器用法的话就可以看出上面的

实际上就是

如果不熟悉的话，下一篇就讲装饰器好了（误

property 的实例是类属性

上面的代码段同时展示了这样一个事实：property 的实例是类属性。这就涉及到了属性查找顺序的问题，简单试一下：

实例属性覆盖了类属性，符合直觉。那么对 property 的实例来说呢？

尝试给 赋值，失败了，也符合 property 的工作方式：执行赋值时，如果没有 setter 方法就抛出异常。那么直接修改 呢？

也不行，property 的实例完全覆盖了实例属性。但是，它是一个类属性，所以我们可以这样做：

对类属性的覆盖使 不再是一个 property 的实例，所以也就不会覆盖后续的赋值了。

当然我们仍然可以用一个 property 的实例再次覆盖 ：

恢复原样。 property 的实例这种先从类中开始属性查找的方式，是一类描述符的工作模式。接下来就说说描述符。

描述符

描述符是指实现了描述符协议的类，这个协议包含四个方法，分别是 ， ， 和 Python 3.6 新增的 。通常，只要实现了 或 ，就可以被称之为描述符。在某个角度上说，描述符的作用相当于抽象的 property，可以为一组属性提供相同的读取、写入和删除逻辑。接下来，还是从数据验证的例子开始。

下面是商店中一项商品的抽象，包含商品名、数量和单价：

其中的 和 都必须大于 0，所以可以用统一的描述符实现：

由于我们并没有对读取方法有特别的需求，所以不用实现 方法。

试一下：

如果 或 中的任何一个不大于 0，都会被禁止。

这里需要解释一下 的签名中的 ：

是 的实例。因为描述符应该管理实例的属性，所以需要额外的参数提供相应的实例。这也是为什么我们不能这样写：

这实际上是为描述符实例设置了值，而描述符实例是 类的类属性，所有的 实例都共享相同的描述符实例。修改了某个描述符实例，相当于修改了所有的 实例。

上面的例子有个缺点，初始化描述符实例的时候需要重复属性的名字。我们希望可以简单的写成：

而不需要在描述符的构造方法中重复属性名。这就是 Python 3.6 新增的 方法的作用。只要实现 方法：

同样解释一下函数签名：

是 类本身， 是引用描述符实例的变量的名字。

如果使用的 Python 版本在 3.6 以下呢？有两个方法：第一个是用元类接管 类的创建过程，这个不在这篇文章的内容之内（可能又挖了一个坑；第二个就是为每个描述符实例生成与属性名无关但是唯一字符串，用来代替属性名：

由于 中的属性名和我们实际保存的属性名不同，所以需要实现 方法。与 签名中的 含义相同， 方法签名中的 也是 类本身。

现在，我们使用 这样的名称在 实例中保存属性。当然，这样的名称会让人有点困惑，特别是以类属性访问的时候：

为了避免在如此明显的地方暴露我们的实现细节，我们可以修改异常的错误消息，或者，内省描述符实例：

两类描述符

上述例子中对数据属性的控制和管理是描述符的典型用途之一。这种实现了 方法，接管了设置属性行为的描述符，被称为覆盖型描述符，没有定义 方法的描述符，被称为非覆盖型描述符。由于 Python 中对实例属性和类属性的处理方式不同，这两类描述符也有不同的行为。

覆盖型描述符

实现了 方法的描述符就是覆盖型描述符。这类描述符虽然是类属性，但是会覆盖实例属性的赋值操作：

下面做一些实验：

可以看出，无论以实例属性还是类属性访问 ，都会触发 方法；为实例属性 赋值会触发 方法；即使跳过描述符直接为 赋值，读取 的操作仍然会被描述符覆盖。

没有 方法的覆盖型描述符

如果只实现了 会发生什么呢？

可以看到，没实现 方法，无论以实例属性还是类属性访问 ，都会返回描述符实例；而赋值操作可以触发 方法；由于我们的 方法并没有真正修改实例属性，所以再次访问 仍然会得到描述符实例；通过 修改实例属性后，实例属性就会覆盖描述符；不过只有访问实例属性时才是如此，赋值仍然由 处理。

非覆盖型描述符

没有实现 方法的描述符就是非覆盖型描述符：

无论访问实例属性还是类属性，都会触发 方法；由于没有 方法，对属性的赋值不会被干涉；对属性复制之后，实例属性就会覆盖同名的描述符，但是访问类属性仍然可以触发 方法；如果把 从实例中删除，访问 的操作又会交给 。

当然，描述符都是定义在类上的，如果对同名的类属性进行赋值，就会完全替换掉描述符。这里表现出读、写属性时的不对等：对类属性的读操作可以被 处理，但是写操作不会。当然，了解一些 Python 的话就会知道还存在着另一种不对等：读取实例属性时，会返回实例属性，如果实例属性不存在，会返回类属性；但是为实例属性赋值时，如果实例属性不存在，会在实例中创建属性，不会影响到类属性。

结语

描述符充斥在 Python 底层（举个例子：Python 中的方法是怎么实现的？）与各种框架中，理解描述符是体会 Python 世界工作原理和设计美学的重要方式。