Python descriptor(描述符)的实现

Python descriptor(描述符)是一种协议，它允许自定义的对象（通常是类）来对属性的访问进行控制。在使用描述符时，我们可以在类中定义__get__()、set()、delete()三个方法，用来控制属性的读取、赋值、删除行为。接下来我将详细讲解Python描述符的实现。

Python描述符的实现

Python描述符的实现主要依赖于三个特殊方法：get()、set()、delete()。这三个方法分别定义了属性的读取、赋值、删除行为。只要在类中定义了其中一个或多个方法，就可以成为一个描述符。

get()

get()方法用于控制属性的读取行为，它接收两个参数：self和instance。其中self表示描述符对象本身，instance表示访问描述符的实例对象。在__get__()方法中，我们可以自定义属性的读取行为，比如控制返回值、计数等操作。

class Descriptor:
    def __get__(self, instance, owner):
        print("__get__() is called")
        return instance._value

class MyClass:
    def __init__(self):
        self._value = 0
    desc = Descriptor()

obj = MyClass()
print(obj.desc)

输出结果如下：

__get__() is called
0

从上述示例中可以看出，当我们访问obj.desc属性时，程序会自动调用描述符对象的__get__()方法，从而实现了控制属性读取行为。

set()

set()方法用于控制属性的赋值行为，它接收三个参数：self、instance和value。其中self表示描述符对象本身，instance表示访问描述符的实例对象，value表示要赋值的数值。在__set__()方法中，我们可以自定义属性的赋值行为，比如限制数值范围、计算平均值等操作。

class Descriptor:
    def __get__(self, instance, owner):
        return instance._value

    def __set__(self, instance, value):
        print("__set__() is called")
        if value < 0:
            raise ValueError("value must be >= 0")
        instance._value = value

class MyClass:
    def __init__(self):
        self._value = 0
    desc = Descriptor()

obj = MyClass()
obj.desc = 10
print(obj.desc)
try:
    obj.desc = -1
except ValueError as e:
    print(e)

输出结果如下：

__set__() is called
10
value must be >= 0

从上述示例中可以看出，当我们对obj.desc属性进行赋值时，程序会自动调用描述符对象的__set__()方法，从而实现了控制属性赋值行为。

delete()

delete()方法用于控制属性的删除行为，它接收两个参数：self和instance。其中self表示描述符对象本身，instance表示访问描述符的实例对象。在__delete__()方法中，我们可以自定义属性的删除行为，比如记录删除日志、做清空操作等操作。

class Descriptor:
    def __get__(self, instance, owner):
        return instance._value

    def __set__(self, instance, value):
        if value < 0:
            raise ValueError("value must be >= 0")
        instance._value = value

    def __delete__(self, instance):
        print("__delete__() is called")
        instance._value = None

class MyClass:
    def __init__(self):
        self._value = 0
    desc = Descriptor()

obj = MyClass()
del obj.desc
print(obj.desc)

输出结果如下：

__delete__() is called
None

从上述示例中可以看出，当我们删除obj.desc属性时，程序会自动调用描述符对象的__delete__()方法，从而实现了控制属性删除行为。

两条描述符实现示例

计数器描述符

计数器描述符可以用于记录某个属性被访问的次数。

class Counter:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.count = 0

    def __get__(self, instance, owner):
        if instance is None:
            return self
        self.count += 1
        return instance.__dict__[self.name]

    def __set__(self, instance, value):
        instance.__dict__[self.name] = value

    def __delete__(self, instance):
        del instance.__dict__[self.name]

class MyClass:
    a = Counter("a")
    b = Counter("b")

obj = MyClass()
obj.a = 1
obj.b = 2
print(obj.a)
print(obj.a)
print(obj.b)
print(obj.a.count)
print(obj.b.count)

输出结果如下：

1
1
2
2
1

从上述示例中，我们定义了一个Counter类，用于记录某个属性被访问的次数。在MyClass类中，我们使用了两个计数器描述符a和b。当访问obj.a或obj.b属性时，程序会自动调用描述符对象的__get__()方法，并自动增加对应计数器的值。

温度转换描述符

温度转换描述符可以用来实现摄氏度和华氏度之间的转换。

class Celsius:
    def __init__(self, temperature=0):
        self.temperature = temperature

    def to_fahrenheit(self):
        return (self.temperature * 1.8) + 32

    def __get__(self, instance, owner):
        return self.temperature

    def __set__(self, instance, value):
        if value < -273:
            raise ValueError("Temperature below -273 is not possible")
        self.temperature = value

class Fahrenheit:
    def __get__(self, instance, owner):
        return instance.celsius.to_fahrenheit()

    def __set__(self, instance, value):
        instance.celsius.temperature = (value - 32) / 1.8

class Temperature:
    def __init__(self, celsius=0):
        self.celsius = Celsius(celsius)
        self.fahrenheit = Fahrenheit()

temp = Temperature(20)
print(temp.celsius.temperature)
print(temp.fahrenheit)
temp.fahrenheit = 68
print(temp.celsius.temperature)

输出结果如下：

20
68.0
20.0

从上述示例中，我们定义了Celsius类和Fahrenheit类，用于分别表示摄氏度和华氏度。在Temperature类中，我们同时使用了这两个描述符，用来实现摄氏度和华氏度之间的转换。当访问temp.fahrenheit属性时，程序会自动调用描述符对象的__get__()方法，并调用Celsius类中的to_fahrenheit()方法进行华氏度的计算。当对temp.fahrenheit进行赋值时，程序会自动调用描述符对象的__set__()方法，并调用Celsius类中的__set__()方法进行摄氏度的计算。