python property方法_高效 Python 代码 —

一、用属性替代 getter 或 setter 方法

以下代码中包含手动实现的 getter（get_ohms) 和 setter（set_ohms）方法：

class OldResistor(object):

def __init__(self, ohms):

self._ohms = ohms

self.voltage = 0

self.current = 0

def get_ohms(self):

return self._ohms

def set_ohms(self, ohms):

self._ohms = ohms

r0 = OldResistor(50e3)

print(f'Before: {r0.get_ohms()}')

r0.set_ohms(10e3)

print(f'After: {r0.get_ohms()}')

# => Before: 50000.0

# => After: 10000.0

这些工具方法有助于定义类的接口，使得开发者可以方便地封装功能、验证用法并限定取值范围。

但是在 Python 语言中，应尽量从简单的 public 属性写起：

class Resistor(object):

def __init__(self, ohms):

self.ohms = ohms

self.voltage = 0

self.current = 0

r1 = Resistor(50e3)

print(f'Before: {r1.ohms}')

r1.ohms = 10e3

print(f'After: {r1.ohms}')

# => Before: 50000.0

# => After: 10000.0

访问实例的属性则可以直接使用 instance.property 这样的格式。

如果想在设置属性的同时实现其他特殊的行为，如在对上述 Resistor 类的 voltage 属性赋值时，需要同时修改其 current 属性。

可以借助 @property 装饰器和 setter 方法实现此类需求：

from resistor import Resistor

class VoltageResistor(Resistor):

def __init__(self, ohms):

super().__init__(ohms)

self._voltage = 0

@property

def voltage(self):

return self._voltage

@voltage.setter

def voltage(self, voltage):

self._voltage = voltage

self.current = self._voltage / self.ohms

r2 = VoltageResistor(1e3)

print(f'Before: {r2.current} amps')

r2.voltage = 10

print(f'After: {r2.current} amps')

Before: 0 amps

After: 0.01 amps

此时设置 voltage 属性会执行名为 voltage 的 setter 方法，更新当前对象的 current 属性，使得最终的电流值与电压和电阻相匹配。

@property 的其他使用场景

属性的 setter 方法里可以包含类型验证和数值验证的代码：

from resistor import Resistor

class BoundedResistor(Resistor):

def __init__(self, ohms):

super().__init__(ohms)

@property

def ohms(self):

return self._ohms

@ohms.setter

def ohms(self, ohms):

if ohms <= 0:

raise ValueError('ohms must be > 0')

self._ohms = ohms

r3 = BoundedResistor(1e3)

r3.ohms = -5

# => ValueError: ohms must be > 0

甚至可以通过 @property 防止继承自父类的属性被修改：

from resistor import Resistor

class FixedResistance(Resistor):

def __init__(self, ohms):

super().__init__(ohms)

@property

def ohms(self):

return self._ohms

@ohms.setter

def ohms(self, ohms):

if hasattr(self, '_ohms'):

raise AttributeError("Can't set attribute")

self._ohms = ohms

r4 = FixedResistance(1e3)

r4.ohms = 2e3

# => AttributeError: Can't set attribute

要点

优先使用 public 属性定义类的接口，不手动实现 getter 或 setter 方法

在访问属性的同时需要表现某些特殊的行为（如类型检查、限定取值）等，使用 @property

@property 的使用需遵循 rule of least surprise 原则，避免不必要的副作用

缓慢或复杂的工作，应放在普通方法中

二、需要复用的 @property 方法

对于如下需求：

编写一个 Homework 类，其成绩属性在被赋值时需要确保该值大于 0 且小于 100。借助 @property 方法实现起来非常简单：

class Homework(object):

def __init__(self):

self._grade = 0

@property

def grade(self):

return self._grade

@grade.setter

def grade(self, value):

if not (0 <= value <= 100):

raise ValueError('Grade must be between 0 and 100')

self._grade = value

galileo = Homework()

galileo.grade = 95

print(galileo.grade)

# => 95

假设上述验证逻辑需要用在包含多个科目的考试成绩上，每个科目都需要单独计分。则 @property 方法及验证代码就要重复编写多次，同时这种写法也不够通用。

采用 Python 的描述符可以更好地实现上述功能。在下面的代码中，Exam 类将几个 Grade 实例作为自己的类属性，Grade 类则通过 __get__ 和 __set__ 方法实现了描述符协议。

class Grade(object):

def __init__(self):

self._value = 0

def __get__(self, instance, instance_type):

return self._value

def __set__(self, instance, value):

if not (0 <= value <= 100):

raise ValueError('Grade must be between 0 and 100')

self._value = value

class Exam(object):

math_grade = Grade()

science_grade = Grade()

first_exam = Exam()

first_exam.math_grade = 82

first_exam.science_grade = 99

print('Math', first_exam.math_grade)

print('Science', first_exam.science_grade)

second_exam = Exam()

second_exam.science_grade = 75

print('Second exam science grade', second_exam.science_grade, ', right')

print('First exam science grade', first_exam.science_grade, ', wrong')

# => Math 82

# => Science 99

# => Second exam science grade 75 , right

# => First exam science grade 75 , wrong

在对 exam 实例的属性进行赋值操作时：

exam = Exam()

exam.math_grade = 40

Python 会将其转译为如下代码：

Exam.__dict__['math_grade'].__set__(exam, 40)

而获取属性值的代码：

print(exam.math_grade)

也会做如下转译：

print(Exam.__dict__['math_grade'].__get__(exam, Exam))

但上述实现方法会导致不符合预期的行为。由于所有的 Exam 实例都会共享同一份 Grade 实例，在多个 Exam 实例上分别操作某一个属性就会出现错误结果。

second_exam = Exam()

second_exam.science_grade = 75

print('Second exam science grade', second_exam.science_grade, ', right')

print('First exam science grade', first_exam.science_grade, ', wrong')

# => Second exam science grade 75 , right

# => First exam science grade 75 , wrong

可以做出如下改动，将每个 Exam 实例所对应的值依次记录到 Grade 中，用字典结构保存每个实例的状态：

class Grade(object):

def __init__(self):

self._values = {}

def __get__(self, instance, instance_type):

if instance is None:

return self

return self._values.get(instance, 0)

def __set__(self, instance, value):

if not (0 <= value <= 100):

raise ValueError('Grade must be between 0 and 100')

self._values[instance] = value

class Exam(object):

math_grade = Grade()

writing_grade = Grade()

science_grade = Grade()

first_exam = Exam()

first_exam.math_grade = 82

second_exam = Exam()

second_exam.math_grade = 75

print('First exam math grade', first_exam.math_grade, ', right')

print('Second exam math grade', second_exam.math_grade, ', right')

# => First exam math grade 82 , right

# => Second exam math grade 75 , right

还有另外一个问题是，在程序的生命周期内，对于传给 __set__ 的每个 Exam 实例来说，_values 字典都会保存指向该实例的一份引用，导致该实例的引用计数无法降为 0 从而无法被 GC 回收。

解决方法是将普通字典替换为 WeakKeyDictionary：

from weakref import WeakKeyDictionary

self._values = WeakKeyDictionary()

参考资料

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