『Python底层原理』--Python属性的工作原理

Python中的属性操作（如获取、设置和删除属性）是我们一样平常编程中非常常见的操作。
但你有没有想过，当我们写下obj.attr或obj.attr = value时，Python 内部究竟发生了什么？
本文将探究Python属性的工作原理，并通过简单的代码示例来更好地理解这些概念。
1. 属性的基本操作

在Python中，属性基本操作重要有三种：

• 获取属性值：value = obj.attr
  
• 设置属性值：obj.attr = value
  
• 删除属性：  del obj.attr
  

这些操作看似简单，但它们的实现却依赖于Python的底层机制。
为了更好地理解这些机制，我们需要先相识形貌符的概念。
2. 形貌符：属性的核心机制

形貌符是Python中一个非常紧张的概念，它是实现属性功能的核心机制。
形貌符是一个对象，它通过实现特定的方法（如__get__、__set__和__delete__）来控制属性的访问、设置和删除。
比方，如下实现一个简单的形貌符类：

1. class Descriptor:
2.     def __get__(self, instance, owner):
3.         return f"从 {instance} 获取属性值"
5.     def __set__(self, instance, value):
6.         print(f"设置 {instance} 的属性值: {value}")
8.     def __delete__(self, instance):
9.         print(f"从 {instance} 中删除属性值")

复制代码

我们可以将这个形貌符作为类属性使用：

1. obj = MyClass()
2. print(obj.attr)  # 调用 __get__
3. obj.attr = "Hello"  # 调用 __set__
4. del obj.attr  # 调用 __delete__

复制代码

在CPython中，形貌符通过tp_descr_get和tp_descr_set两个函数指针实现。
3. 属性的存储与查找

Python中的属性存储在对象的字典（__dict__）中，大概在类的字典中。
当我们访问属性时，Python会按照以下顺序查找：

• 在实例的__dict__中查找
  
• 如果未找到，按照方法分析顺序在类及其父类的__dict__中查找
  
• 如果仍未找到，抛出AttributeError
  

好比：

1. class Parent:
2.     x = "Parent"
5. class Child(Parent):
6.     y = "Child"
9. obj = Child()
10. print(obj.x)  # 输出 "Parent"，从父类中找到
11. print(obj.y)  # 输出 "Child"，从子类中找到

复制代码

4. 范例的属性管理

范例（如int、list）自己也有属性，这些属性的管理方式与普通对象类似，但有一些特殊之处。
由于范例自己是一个对象，它的范例是type，它是一个元范例。
当我们访问范例属性时，Python会按照以下顺序查找：

• 在范例的字典中查找
  
• 如果未找到，按照 方法分析顺序 在元范例的字典中查找
  

这里有一个元范例的概念，所谓元范例，是指它的实例是一个范例。
也就是说，正如类用于创建对象一样，元范例是用于创建类的。
Python有一个内置的元范例，称为type，它是全部内置范例中的元范例。
好比我们在Python中创建一个类一样寻常使用下面的方式：

1. class MyClass:
2.     pass

复制代码

也可以改成下面这样，和上面是等价的。

1. MyClass = type('MyClass', (), {})

复制代码

5. 自定义属性管理

Python允许我们通过定义特殊方法来自定义属性的行为，这些方法包括：

• __getattribute__：拦截全部属性访问
  
• __getattr__：仅在属性未找到时被调用
  
• __setattr__：拦截全部属性设置
  
• __delattr__：拦截全部属性删除
  

下面示例中，自定义了属性的访问和设置。

1. class MyClass:
2.     def __getattribute__(self, name):
3.         print(f"拦截所有属性的访问： {name}")
4.         return super().__getattribute__(name)
6.     def __getattr__(self, name):
7.         print(f"拦截不存在属性的访问： {name}")
8.         return f"属性 {name} 不存在"
10.     def __setattr__(self, name, value):
11.         print(f"设置属性值： {name} = {value}")
12.         super().__setattr__(name, value)
15. obj = MyClass()
16. obj.x = "Hello"
17. print(obj.x)  # 访问存在的属性
18. print(obj.y)  # 访问不存在的属性

复制代码

当设置属性（obj.x = "Hello"）时，调用了 __setattr__；
访问存在的属性（print(obj.x)）时，调用了__getattribute__；
访问不存在的属性（print(obj.y)）时，调用了__getattribute__和__getattr__，
且是先调用__getattribute__。
6. 总结

Python的属性机制非常强大，它通过形貌符、特殊方法和底层的字节码操作实现了机动的属性管理。
通过理解这些机制，我们可以更好地设计类和对象，优化代码性能，并制止常见的陷阱。

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