Python学习--描述符协议详解

# 1. 数据描述符（同时实现 __get__ 和 __set__）class DataDescriptor:    def __get__(self, obj, objtype=None):        pass    def __set__(self, obj, value):        pass# 2. 非数据描述符（只实现 __get__）class NonDataDescriptor:    def __get__(self, obj, objtype=None):        pass

class RevealAccess:    """显示访问信息的描述符"""    def __init__(self, initial_value=None, name=None):        self.value = initial_value        self.name = name    def __get__(self, obj, objtype=None):        if obj is None:            return self        print(f"获取 {self.name}: {self.value}")        return self.value    def __set__(self, obj, value):        print(f"设置 {self.name}: {self.value} -> {value}")        self.value = value    def __delete__(self, obj):        print(f"删除 {self.name}")        del self.valueclass MyClass:    attr = RevealAccess(initial_value=10, name="attr")    def __init__(self):        self.normal_attr = "普通属性"# 使用obj = MyClass()print(obj.attr)      # 触发 __get__obj.attr = 20        # 触发 __set__del obj.attr         # 触发 __delete__

class Typed:    """类型检查描述符"""    def __init__(self, name, expected_type):        self.name = name        self.expected_type = expected_type    def __get__(self, obj, objtype=None):        if obj is None:            return self        return obj.__dict__.get(self.name)    def __set__(self, obj, value):        if not isinstance(value, self.expected_type):            raise TypeError(f"属性 {self.name} 必须是 {self.expected_type.__name__} 类型")        obj.__dict__[self.name] = value    def __delete__(self, obj):        if self.name in obj.__dict__:            del obj.__dict__[self.name]class Person:    name = Typed("name", str)    age = Typed("age", int)    salary = Typed("salary", float)    def __init__(self, name, age, salary):        self.name = name        self.age = age        self.salary = salary# 使用try:    p = Person("Alice", 25, 5000.0)  # 正确    print(f"{p.name}, {p.age}, {p.salary}")    p2 = Person("Bob", "二十", 6000.0)  # 错误：age 必须是 intexcept TypeError as e:    print(f"错误: {e}")

class ValidatedAttribute:    """自动获取属性名的描述符"""    def __set_name__(self, owner, name):        """当描述符被赋值给类属性时调用        owner: 拥有这个描述符的类        name: 描述符被赋值的属性名        """        self.name = f"_{name}"        self.public_name = name        print(f"描述符被绑定到 {owner.__name__}.{name}")    def __get__(self, obj, objtype=None):        if obj is None:            return self        return getattr(obj, self.name, None)    def __set__(self, obj, value):        self.validate(value)        setattr(obj, self.name, value)    def validate(self, value):        """子类重写这个方法进行验证"""        passclass PositiveNumber(ValidatedAttribute):    def validate(self, value):        if value <= 0:            raise ValueError(f"{self.public_name} 必须为正数")class Range(ValidatedAttribute):    def __init__(self, min_val, max_val):        self.min_val = min_val        self.max_val = max_val    def validate(self, value):        if not (self.min_val <= value <= self.max_val):            raise ValueError(f"{self.public_name} 必须在 {self.min_val}-{self.max_val} 之间")class Product:    price = PositiveNumber()    quantity = Range(0, 100)    discount = Range(0, 1)    def __init__(self, name, price, quantity, discount=0):        self.name = name        self.price = price        self.quantity = quantity        self.discount = discount# 使用product = Product("手机", 2999, 50, 0.1)print(f"{product.name}: 价格={product.price}, 数量={product.quantity}, 折扣={product.discount}")try:    product.price = -100  # 触发验证except ValueError as e:    print(f"错误: {e}")try:    product.quantity = 200  # 超出范围except ValueError as e:    print(f"错误: {e}")

class DataDescriptor:    """数据描述符（实现 __set__）"""    def __init__(self):        self.value = "描述符值"    def __get__(self, obj, objtype=None):        print("数据描述符 __get__ 被调用")        return self.value    def __set__(self, obj, value):        print("数据描述符 __set__ 被调用")        self.value = valueclass NonDataDescriptor:    """非数据描述符（只实现 __get__）"""    def __init__(self):        self.value = "非数据描述符值"    def __get__(self, obj, objtype=None):        print("非数据描述符 __get__ 被调用")        return self.valueclass TestClass:    data_desc = DataDescriptor()    non_data_desc = NonDataDescriptor()    def __init__(self):        self.instance_attr = "实例属性"# 演示优先级obj = TestClass()print("=== 数据描述符 ===")print(obj.data_desc)           # 调用描述符 __get__obj.data_desc = "新值"         # 调用描述符 __set__print(obj.data_desc)           # 仍然调用描述符print("\n=== 非数据描述符 ===")print(obj.non_data_desc)       # 调用描述符 __get__obj.non_data_desc = "实例属性覆盖"  # 在实例上设置属性print(obj.non_data_desc)       # 返回实例属性（不再调用描述符）print(obj.__dict__)            # 查看实例字典

class PriorityDemonstration:    """演示属性访问优先级"""    class Descriptor:        def __get__(self, obj, objtype=None):            print("描述符 __get__")            return "描述符值"        def __set__(self, obj, value):            print("描述符 __set__")    class NonDataDesc:        def __get__(self, obj, objtype=None):            print("非数据描述符 __get__")            return "非数据描述符值"    # 类属性    data_desc = Descriptor()    non_data_desc = NonDataDesc()    class_attr = "类属性值"    def __init__(self):        # 实例属性        self.instance_attr = "实例属性值"        self.non_data_desc = "实例覆盖的非数据描述符"  # 会覆盖非数据描述符# 演示obj = PriorityDemonstration()print("1. 实例属性:", obj.instance_attr)        # 直接返回实例属性print("2. 类属性:", obj.class_attr)             # 返回类属性print("3. 数据描述符:", obj.data_desc)          # 返回描述符值obj.data_desc = "尝试修改"                       # 触发描述符 __set__print("4. 非数据描述符（被覆盖）:", obj.non_data_desc)  # 返回实例属性print("\n属性查找顺序:")print("实例字典 → 数据描述符 → 非数据描述符 → 类属性 → 父类属性")

import timeclass DescriptorPerformance:    """描述符性能测试"""    class FastDescriptor:        """快速描述符（使用实例字典）"""        def __set_name__(self, owner, name):            self.name = f"_{name}"        def __get__(self, obj, objtype=None):            if obj is None:                return self            return getattr(obj, self.name)        def __set__(self, obj, value):            setattr(obj, self.name, value)    class SlowDescriptor:        """慢速描述符（每次都处理）"""        def __init__(self):            self.values = {}        def __get__(self, obj, objtype=None):            if obj is None:                return self            # 每次都做一些处理            result = self.values.get(id(obj))            return result        def __set__(self, obj, value):            # 每次都做一些处理            self.values[id(obj)] = value    class TestClass:        fast = FastDescriptor()        slow = SlowDescriptor()        def __init__(self):            self.normal = 0# 性能测试obj = DescriptorPerformance.TestClass()# 测试快速描述符start = time.perf_counter()for _ in range(1000000):    obj.fast = 1    x = obj.fastfast_time = time.perf_counter() - start# 测试慢速描述符start = time.perf_counter()for _ in range(1000000):    obj.slow = 1    x = obj.slowslow_time = time.perf_counter() - startprint(f"快速描述符: {fast_time:.4f}秒")print(f"慢速描述符: {slow_time:.4f}秒")print(f"慢速比快速慢 {slow_time/fast_time:.1f} 倍")

class DescriptorPitfalls:    """描述符使用陷阱"""    # 陷阱1：忘记处理 obj 为 None 的情况    class BadDescriptor:        def __get__(self, obj, objtype=None):            return self.value  # 如果 obj 为 None，这里会出错    class GoodDescriptor:        def __get__(self, obj, objtype=None):            if obj is None:                return self  # 正确处理            return self.value    # 陷阱2：在多个实例间共享状态    class SharedStateDescriptor:        def __init__(self):            self.value = {}  # 所有实例共享！        def __get__(self, obj, objtype=None):            return self.value.get(id(obj))        def __set__(self, obj, value):            self.value[id(obj)] = value    # 陷阱3：忘记调用 super()    class InheritanceDescriptor:        def __set__(self, obj, value):            # 应该调用父类的 __set__            obj.__dict__[self.name] = value  # 跳过可能的父类逻辑    # 陷阱4：循环引用    class CircularDescriptor:        def __get__(self, obj, objtype=None):            return getattr(obj, 'circular')  # 可能导致无限递归

class Comparison:    """描述符和@property的比较"""    # 使用 @property（简单场景）    class WithProperty:        def __init__(self):            self._value = 0        @property        def value(self):            return self._value        @value.setter        def value(self, new_value):            if new_value < 0:                raise ValueError("不能为负数")            self._value = new_value    # 使用描述符（可复用场景）    class PositiveNumber:        def __set_name__(self, owner, name):            self.name = f"_{name}"        def __get__(self, obj, objtype=None):            if obj is None:                return self            return getattr(obj, self.name)        def __set__(self, obj, value):            if value < 0:                raise ValueError(f"{self.name[1:]} 不能为负数")            setattr(obj, self.name, value)    class WithDescriptor:        value = PositiveNumber()        def __init__(self, value):            self.value = value# 使用场景对比print("=== @property ===")prop_obj = Comparison.WithProperty()prop_obj.value = 10print(prop_obj.value)print("\n=== 描述符 ===")desc_obj = Comparison.WithDescriptor(10)print(desc_obj.value)# 描述符可复用class AnotherClass:    price = Comparison.PositiveNumber()    quantity = Comparison.PositiveNumber()    def __init__(self, price, quantity):        self.price = price        self.quantity = quantityanother = AnotherClass(100, 5)print(f"价格: {another.price}, 数量: {another.quantity}")