python虚拟机之描述器实现原理与源码分析

让我来详细讲解一下“Python虚拟机之描述器实现原理与源码分析”的完整攻略。

什么是描述器

描述器（Descriptor）是 Python 中一个特殊的概念。简单来说，描述器是为了实现 Python 对象的属性访问控制以及属性的自定义行为而存在的一个机制。

描述器在类定义时定义 get、set、delete 三个魔法方法中的至少一个，这些魔法方法实现了对象的属性查找、赋值和删除。描述器可以通过这些方法限制和拓展对属性的操作，同时也可以把属性存储在不同的位置（例如类属性、实例属性、数据库等等）。

描述器可以被实例属性或类属性所使用，被实例属性使用时，描述器实例化后会作为实例属性插入到对象中；被类属性使用时，描述器实例化后会作为类属性添加到类中，而不会被继承。

描述器的实现原理

Python 实现描述器的机制，是基于“Descriptor Protocol”这个协议实现的。这个协议是一组魔法方法（get，set，delete）的组合，并且有一些特定的规则来控制描述器的行为。

具体描述器的实现原理，可以参考以下步骤：

1.当 Python 解释器访问对象的属性时，它会在对应的名称空间上查找该属性；
2.如果该属性有描述器，则 Python 解释器会调用该描述器的 get 方法获取属性的值；
3.如果该属性没有描述器，则 Python 解释器会返回属性自己的值；
4.如果属性有描述器，且同时有 set 和/或 delete 方法，则 Python 解释器会分别调用这些方法实现对属性的赋值和删除。

当使用描述器时，需要记住以下注意事项：

1.实现描述器的类必须要定义 get 方法；
2.如果要支持赋值操作，就要定义 set 方法；
3.如果要支持删除操作，就要定义 delete 方法；
4.如果同时定义了 get 和 set 方法，则被定义的属性称为“可写的”（Writable）；
5.如果只定义了 get 方法，则被定义的属性称为“只读的”（Read-only）。

描述器的源码分析

下面通过两个示例来分析 Python 中描述器的源码。

示例 1：实现只读属性描述器

class ReadOnlyDescriptor:
    def __init__(self, value):
        self._value = value

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

上述代码中，我们定义了一个名为 ReadOnlyDescriptor 的只读属性描述器。该描述器实现了 get 魔法方法，其中 instance 是指实例对象，owner 是指拥有该描述器的类。

该实现方式将变量保存在描述器自身中，而不是实例中。这样，当 Python 解释器调用 get 方法时，就可以直接获取保存在描述器中的变量值，而无需先访问实例中的变量。

下面是使用该描述器的示例：

class Person:
    age = ReadOnlyDescriptor(30)

p = Person()
print(p.age) # 输出 30
p.age = 25 # 抛出异常

在上述代码中，我们在 Person 类中定义了一个只读的 age 属性，该属性由 ReadOnlyDescriptor 描述器实现，初始值为 30。在对实例对象的 age 属性进行读取时，实例的 getattribute 方法首先会检查 age 是否有描述器，如果有，就会调用该描述器的 get 方法；如果没有，则直接返回实例属性 age 的值。

示例 2：实现属性拦截器

class InterceptorDescriptor:
    def __init__(self, name):
        self._name = name

    def __get__(self, instance, owner):
        print(f"__get__ is called for attribute <{self._name}>")
        return instance.__dict__.get(self._name)

    def __set__(self, instance, value):
        print(f"__set__ is called for attribute <{self._name}>")
        instance.__dict__[self._name] = value

上述代码中，我们定义了一个名为 InterceptorDescriptor 的结构体，该结构体实现了 get 和 set 两个魔法方法，用于拦截属性的获取和设置操作。

在 get 方法中，我们输出一段调试信息，并返回实例中指定名称的属性值；在 set 方法中，我们同样输出调试信息，并将实例中的指定名称属性设置为指定的值。