掌握python的dataclass，让你的代码更简洁优雅

dataclass是从Python3.7版本开始，作为标准库中的模块被引入。
随着Python版本的不绝更新，dataclass也逐步发展和完善，为Python开辟者提供了更加便捷的数据类创建和管理方式。
dataclass的主要功能在于帮助我们简化数据类的界说过程。
本文总结了几个我平时使用较多dataclass本领。
1. 传统的类界说方式

首先，从平时量化分析的场景中简化一个关于 币买卖业务 的类用来演示。
简化之后，这里只保存5个字段，分别是买卖业务ID，买卖业务对，代价，是否成功和参与买卖业务的地址列表。

1. class CoinTrans:
2.     def __init__(
3.         self,
4.         id: str,
5.         symbol: str,
6.         price: float,
7.         is_success: bool,
8.         addrs: list,
9.     ) -> None:
10.         self.id = id
11.         self.symbol = symbol
12.         self.price = price
13.         self.addrs = addrs
14.         self.is_success = is_success

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Python传统界说类的方式，如上通过__init__函数来初始化对象的各个属性。
通过这个类构造对象并打印：

1. if __name__ == "__main__":
2.     coin_trans = CoinTrans("id01", "BTC/USDT", "71000", True, ["0x1111", "0x2222"])
3.     print(coin_trans)

复制代码

运行结果：

1. [/code]这里只是打印出对象的地址，并没有按照我们渴望的那样打印对象各个属性的值。
2. 传统的类中，我们如果希望打印出可读的结果，需要自己去实现__str__函数。
3. [code]# 在上面的 CoinTrans 类中添加下面的方法
4. def __str__(self) -> str:
5.     return f"交易信息：{self.id}, {self.symbol}, {self.price}, {self.addrs}, {self.is_success}"

复制代码

再次运行，结果如下：

1. 交易信息：id01, BTC/USDT, 71000, ['0x1111', '0x2222'], True

复制代码

2. dataclass装饰器界说类

下面看看使用dataclass装饰器来界说上面同样的类有多简单。

1. from dataclasses import dataclass
3. @dataclass
4. class CoinTrans:
5.     id: str
6.     symbol: str
7.     price: float
8.     is_success: bool
9.     addrs: list

复制代码

再次运行：

1. if __name__ == "__main__":
2.     coin_trans = CoinTrans("id01", "BTC/USDT", "71000", True, ["0x1111", "0x2222"])
3.     print(coin_trans)

复制代码

得到如下结果：

1. CoinTrans(id='id01', symbol='BTC/USDT', price='71000', is_success=True, addrs=['0x1111', '0x2222'])

复制代码

不需要__init__，也不需要__str__，只要通过 @dataclass装饰之后，就可以打印出对象的详细内容。
2.1. 默认值

dataclass装饰器的方式来界说类，设置默认值很简单，直接在界说属性时就可以设置。

1. @dataclass
2. class CoinTrans:
3.     id: str = "id01"
4.     symbol: str = "BTC/USDT"
5.     price: float = "71000.8"
6.     is_success: bool = True
7.     addrs: list[str] = ["0x1111", "0x2222"]
9. if __name__ == "__main__":
10.     coin_trans = CoinTrans()
11.     print(coin_trans)

复制代码

运行之后发现，在addrs属性那行会报错：

1. ValueError: mutable default <class 'list'> for field addrs is not allowed: use default_factory

复制代码

大概的意思就是，list作为一种可变的类型（引用类型，会有被其他对象不测修改的风险），不能直接作为默认值，需要用工厂方法来产生默认值。
其他字符串，数值，布尔类型的数据则没有这个问题。
我们只要界说个函数来产生此默认值即可。

1. def gen_list():
2.     return ["0x1111", "0x2222"]
4. @dataclass
5. class CoinTrans:
6.     id: str = "id01"
7.     symbol: str = "BTC/USDT"
8.     price: float = "71000.8"
9.     is_success: bool = True
10.     addrs: list[str] = field(default_factory=gen_list)
12. if __name__ == "__main__":
13.     coin_trans = CoinTrans()
14.     print(coin_trans)

复制代码

再次运行，可以正常执行：

1. CoinTrans(id='id01', symbol='BTC/USDT', price='71000.8', is_success=True, addrs=['0x1111', '0x2222']

复制代码

2.2. 隐蔽敏感信息

我们打印对象信息的时候，有时执行打印此中几个属性的信息，涉及敏感信息的属性不希望打印出来。
比如，上面的对象，如果不想打印出is_success和addrs的信息，可以设置repr=False。

1. @dataclass
2. class CoinTrans:
3.     id: str = "id01"
4.     symbol: str = "BTC/USDT"
5.     price: float = "71000.8"
6.     is_success: bool = field(default=True, repr=False)
7.     addrs: list[str] = field(default_factory=gen_list, repr=False)

复制代码

再次运行后显示：

1. CoinTrans(id='id01', symbol='BTC/USDT', price='71000.8')

复制代码

2.3. 只读对象

数据分析时，大部分下情况下，原始数据读取之后是不能修改的。
这种情况下，我们可以用dataclass的frozen属性来设置数据类只读，防止不小心窜改了数据。
未设置frozen属性之前，可以随意修改对象的属性，比如：

1. if __name__ == "__main__":
2.     coin_trans = CoinTrans()
3.     print(f"修改前: {coin_trans}")
4.     coin_trans.symbol = "ETH/USDT"
5.     print(f"修改后: {coin_trans}")

复制代码

运行结果：

1. 修改前: CoinTrans(id='id01', symbol='BTC/USDT', price='71000.8')
2. 修改后: CoinTrans(id='id01', symbol='ETH/USDT', price='71000.8')

复制代码

设置frozen属性之后，看看修改属性值会怎么样：

1. @dataclass(frozen=True)
2. class CoinTrans:
3.     id: str = "id01"
4.     #... 省略 ...

复制代码

再次运行，会发现修改属性会触发异常。

1. 修改前: CoinTrans(id='id01', symbol='BTC/USDT', price='71000.8')
2. Traceback (most recent call last):
3.   File "D:\projects\python\samples\data_classes\main.py", line 66, in <module>
4.     coin_trans.symbol = "ETH/USDT"
5.     ^^^^^^^^^^^^^^^^^
6.   File "<string>", line 4, in __setattr__
7. dataclasses.FrozenInstanceError: cannot assign to field 'symbol'

复制代码

2.4. 转化为元组和字典

最后，dataclasses模块还提供了两个函数可以很方便的将数据类转换为元组和字典。
这在和其他分析步伐交互时非常有用，由于和其他步伐交互时，参数一般都用元组或者字典这种简单通用的结构，
而不会直接用自己界说的数据类。

1. from dataclasses import dataclass, field, astuple, asdict
3. if __name__ == "__main__":
4.     coin_trans = CoinTrans()
5.     print(astuple(coin_trans))
6.     print(asdict(coin_trans))

复制代码

运行结果：

1. ('id01', 'BTC/USDT', '71000.8', True, ['0x1111', '0x2222'])
2. {'id': 'id01', 'symbol': 'BTC/USDT', 'price': '71000.8', 'is_success': True, 'addrs': ['0x1111', '0x2222']}

复制代码

3. 总结

在Python中，数据类主要用于存储数据，并通常包含属性和方法来操作这些数据。
然而，在界说数据类时，我们通常需要编写一些重复性的代码，如构造函数、属性访问器和字符串表示等。
dataclass装饰器的出现，使得这些通用方法的生成变得自动化，从而极大地简化了数据类的界说过程。
总的来说，dataclass通过简化数据类的创建和管理过程，进步了开辟效率，是我们在数据分析时的一个非常有用的工具。

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