Python中怎么给属性增加类型检查或合法性验证?

off999 2024-11-25 15:52 37 浏览 0 评论

问题

你想给某个实例 attribute 增加除访问与修改之外的其他处理逻辑，比如类型检查或合法性验证。

解决方案

自定义某个属性的一种简单方法是将它定义为一个 property。例如，下面的代码定义了一个 property，增加对一个属性简单的类型检查：

class Person:
    def __init__(self, first_name):
        self.first_name = first_name

    # Getter function
    @property
    def first_name(self):
        return self._first_name

    # Setter function
    @first_name.setter
    def first_name(self, value):
        if not isinstance(value, str):
            raise TypeError('Expected a string')
        self._first_name = value

    # Deleter function (optional)
    @first_name.deleter
    def first_name(self):
        raise AttributeError("Can't delete attribute")

上述代码中有三个相关联的方法，这三个方法的名字都必须一样。第一个方法是一个getter 函数，它使得first_name成为一个属性。其他两个方法给 first_name属性添加了setter和 deleter函数。需要强调的是只有在 first_name 属性被创建后，后面的两个装饰器@first_name.setter和@first_name.deleter才能被定义。 property 的一个关键特征是它看上去跟普通的 attribute没什么两样，但是访问它的时候会自动触发getter 、setter 和 deleter 方法。例如：

>>> a = Person('Guido')
>>> a.first_name # Calls the getter
'Guido'
>>> a.first_name = 42 # Calls the setter
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
File "prop.py", line 14, in first_name
raise TypeError('Expected a string')
TypeError: Expected a string
>>> del a.first_name
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AttributeError: can`t delete attribute
>>>

在实现一个property的时候，底层数据 (如果有的话) 仍然需要存储在某个地方。因此，在get 和 set 方法中，你会看到对_first_name属性的操作，这也是实际数据保存的地方。另外，你可能还会问为什么__init__()方法中设置了self.first_name 而不是self._first_name。在这个例子中，我们创建一个 property 的目的就是在设置 attribute 的时候进行检查。因此，你可能想在初始化的时候也进行这种类型检查。通过设置 self.first_name，自动调用setter方法，这个方法里面会进行参数的检查，否则就是直接访问 self._first_name 了。还能在已存在的 get 和 set 方法基础上定义 property。例如：

class Person:
    def __init__(self, first_name):
        self.set_first_name(first_name)

    # Getter function
    def get_first_name(self):
        return self._first_name

    # Setter function
    def set_first_name(self, value):
        if not isinstance(value, str):
            raise TypeError('Expected a string')
        self._first_name = value
 
    # Deleter function (optional)
    def del_first_name(self):
        raise AttributeError("Can't delete attribute")

    # Make a property from existing get/set methods
    name = property(get_first_name, set_first_name, del_first_name)

讨论

一个 property 属性其实就是一系列相关绑定方法的集合。如果你去查看拥有 property 的类，就会发现 property 本身的 fget、fset 和 fdel 属性就是类里面的普通方法。比如：

>>> Person.first_name.fget
<function Person.first_name at 0x1006a60e0>
>>> Person.first_name.fset
<function Person.first_name at 0x1006a6170>
>>> Person.first_name.fdel
<function Person.first_name at 0x1006a62e0>
>>>

通常来讲，你不会直接去调用 fget 或者 fset，它们会在访问 property 的时候自动被触发。只有当你确实需要对 attribute 执行其他额外的操作的时候才应该使用到 property。有时候一些从其他编程语言 (比如 Java) 过来的程序员总认为所有访问都应该通过 getter 和 setter，所以他们认为代码应该像下面这样写：

class Person:
    def __init__(self, first_name):
        self.first_name = first_name

    @property
    def first_name(self):
        return self._first_name

    @first_name.setter
    def first_name(self, value):
        self._first_name = value

不要写这种没有做任何其他额外操作的 property。首先，它会让你的代码变得很臃肿，并且还会迷惑阅读者。其次，它还会让你的程序运行起来变慢很多。最后，这样的设计并没有带来任何的好处。特别是当你以后想给普通 attribute 访问添加额外的处理逻辑的时候，你可以将它变成一个property而无需改变原来的代码。因为访问 attribute 的代码还是保持原样。Properties 还是一种定义动态计算attribute 的方法。这种类型的 attributes 并不会被实际的存储，而是在需要的时候计算出来。比如：

import math
class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
 
    @property
    def area(self):
        return math.pi * self.radius ** 2
 
    @property
    def diameter(self):
        return self.radius * 2
  
    @property
    def perimeter(self):
        return 2 * math.pi * self.radius

在这里，我们通过使用 properties，将所有的访问接口形式统一起来，对半径、直径、周长和面积的访问都是通过属性访问，就跟访问简单的 attribute 是一样的。如果不这样做的话，那么就要在代码中混合使用简单属性访问和方法调用。下面是使用的实例：

>>> c = Circle(4.0)
>>> c.radius
4.0
>>> c.area # Notice lack of ()
50.26548245743669
>>> c.perimeter # Notice lack of ()
25.132741228718345
>>>

尽管 properties 可以实现优雅的编程接口，但有些时候你还是会想直接使用 getter 和 setter 函数。例如：

>>> p = Person('Guido')
>>> p.get_first_name()
'Guido'
>>> p.set_first_name('Larry')
>>>

这种情况的出现通常是因为 Python 代码被集成到一个大型基础平台架构或程序中。例如，有可能是一个 Python 类准备加入到一个基于远程过程调用的大型分布式系统中。这种情况下，直接使用 get/set 方法 (普通方法调用) 而不是 property 或许会更容易兼容。最后一点，不要像下面这样写有大量重复代码的 property 定义：

class Person:
    def __init__(self, first_name, last_name):
        self.first_name = first_name
        self.last_name = last_name
    
    @property
    def first_name(self):
        return self._first_name
 
    @first_name.setter
    def first_name(self, value):
        if not isinstance(value, str):
            raise TypeError('Expected a string')
        self._first_name = value

    # Repeated property code, but for a different name (bad!)
    @property
    def last_name(self):
        return self._last_name

    @last_name.setter
    def last_name(self, value):
        if not isinstance(value, str):
            raise TypeError('Expected a string')
        self._last_name = value

重复代码会导致臃肿、易出错和丑陋的程序。好消息是，通过使用装饰器或闭包，有很多种更好的方法来完成同样的事情。

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