Python的优雅之处：Descriptor（描述符）
学习 python 这么久了，说起 python 的优雅之处，能让我脱口而出的， descriptor（描述符）特性可以排得上号。
描述符 是python 语言独有的特性，它不仅在应用层使用，在语言语法糖的实现上也有使用到（在下面的文章会一一介绍）。
当你点进这篇文章时
你也许没学过描述符，甚至没听过描述符。或者你对描述符只是一知半解无论你是哪种，本篇都将带你全面的学习描述符，一起来感受 python 语言的优雅。
1. 为什么要使用描述符？假想你正在给学校写一个成绩管理系统，并没有太多编码经验的你，可能会这样子写。
class student: def __init__(self, name, math, chinese, english): self.name = name self.math = math self.chinese = chinese self.english = english def __repr__(self): return .format( self.name, self.math, self.chinese, self.english )看起来一切都很合理
>> > std1 = student('小明', 76, 87, 68) >> > std1但是程序并不像人那么智能，不会自动根据使用场景判断数据的合法性，如果老师在录入成绩的时候，不小心录入了将成绩录成了负数，或者超过100，程序是无法感知的。
聪明的你，马上在代码中加入了判断逻辑。
class student: def __init__(self, name, math, chinese, english): self.name = name if 0 <= math <= 100: self.math = math else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) if 0 <= chinese <= 100: self.chinese = chinese else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) if 0 <= chinese <= 100: self.english = english else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) def __repr__(self): return .format( self.name, self.math, self.chinese, self.english )这下程序稍微有点人工智能了，能够自己明辨是非了。
程序是智能了，但在__init__里有太多的判断逻辑，很影响代码的可读性。巧的是，你刚好学过 property 特性，可以很好的应用在这里。于是你将代码修改成如下，代码的可读性瞬间提升了不少
class student: def __init__(self, name, math, chinese, english): self.name = name self.math = math self.chinese = chinese self.english = english @property def math(self): return self._math @math.setter def math(self, value): if 0 <= value <= 100: self._math = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) @property def chinese(self): return self._chinese @chinese.setter def chinese(self, value): if 0 <= value <= 100: self._chinese = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) @property def english(self): return self._english @english.setter def english(self, value): if 0 <= value <= 100: self._english = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) def __repr__(self): return .format( self.name, self.math, self.chinese, self.english )程序还是一样的人工智能，非常好。
你以为你写的代码，已经非常优秀，无懈可击了。
没想到，人外有天，你的主管看了你的代码后，深深地叹了口气：类里的三个属性，math、chinese、english，都使用了 property 对属性的合法性进行了有效控制。功能上，没有问题，但就是太啰嗦了，三个变量的合法性逻辑都是一样的，只要大于0，小于100 就可以，代码重复率太高了，这里三个成绩还好，但假设还有地理、生物、历史、化学等十几门的成绩呢，这代码简直没法忍。去了解一下 python 的描述符吧。
经过主管的指点，你知道了「描述符」这个东西。怀着一颗敬畏之心，你去搜索了下关于 描述符的用法。
其实也很简单，一个实现了 描述符协议 的类就是一个描述符。
什么描述符协议：在类里实现了 __get__()、__set__()、__delete__() 其中至少一个方法。
__get__：用于访问属性。它返回属性的值，若属性不存在、不合法等都可以抛出对应的异常。__set__：将在属性分配操作中调用。不会返回任何内容。__delete__：控制删除操作。不会返回内容。对描述符有了大概的了解后，你开始重写上面的方法。
如前所述，score 类是一个描述符，当从 student 的实例访问 math、chinese、english这三个属性的时候，都会经过 score 类里的三个特殊的方法。这里的 score 避免了 使用property 出现大量的代码无法复用的尴尬。
class score: def __init__(self, default=0): self._score = default def __set__(self, instance, value): if not isinstance(value, int): raise typeerror('score must be integer') if not 0 <= value > > std = student('xm', 88, 99) >> > >> > std.math调用 __getattribute__访问数据描述符里的 __get__88 >> > std.chinese调用 __getattribute__99讲完了数据描述符和非数据描述符，我们还需要了解的对象属性的查找规律。
当我们对一个实例属性进行访问时，python 会按 obj.__dict__ → type(obj).__dict__ → type(obj)的父类.__dict__ 顺序进行查找，如果查找到目标属性并发现是一个描述符，python 会调用描述符协议来改变默认的控制行为。
3. 基于描述符如何实现property经过上面的讲解，我们已经知道如何定义描述符，且明白了描述符是如何工作的。
正常人所见过的描述符的用法就是上面提到的那些，我想说的是那只是描述符协议最常见的应用之一，或许你还不知道，其实有很多 python 的特性的底层实现机制都是基于 描述符协议 的，比如我们熟悉的@property 、@classmethod 、@staticmethod 和 super 等。
先来说说 property 吧。
有了前面的基础，我们知道了 property 的基本用法。这里我直接切入主题，从第一篇的例子里精简了一下。
class student: def __init__(self, name): self.name = name @property def math(self): return self._math @math.setter def math(self, value): if 0 <= value <= 100: self._math = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100])不防再简单回顾一下它的用法，通过property装饰的函数，如例子中的 math 会变成 student 实例的属性。而对 math 属性赋值会进入 使用 math.setter 装饰函数的逻辑代码块。
为什么说 property 底层是基于描述符协议的呢？通过 pycharm 点击进入 property 的源码，很可惜，只是一份类似文档一样的伪源码，并没有其具体的实现逻辑。
不过，从这份伪源码的魔法函数结构组成，可以大体知道其实现逻辑。
这里我自己通过模仿其函数结构，结合「描述符协议」来自己实现类 property 特性。
代码如下：
class testproperty(object): def __init__(self, fget=none, fset=none, fdel=none, doc=none): self.fget = fget self.fset = fset self.fdel = fdel self.__doc__ = doc def __get__(self, obj, objtype=none): print(in __get__) if obj is none: return self if self.fget is none: raise attributeerror return self.fget(obj) def __set__(self, obj, value): print(in __set__) if self.fset is none: raise attributeerror self.fset(obj, value) def __delete__(self, obj): print(in __delete__) if self.fdel is none: raise attributeerror self.fdel(obj) def getter(self, fget): print(in getter) return type(self)(fget, self.fset, self.fdel, self.__doc__) def setter(self, fset): print(in setter) return type(self)(self.fget, fset, self.fdel, self.__doc__) def deleter(self, fdel): print(in deleter) return type(self)(self.fget, self.fset, fdel, self.__doc__)然后 student 类，我们也相应改成如下
class student: def __init__(self, name): self.name = name # 其实只有这里改变 @testproperty def math(self): return self._math @math.setter def math(self, value): if 0 <= value > > >> > s1.math = 90in __set__ >> > s1.mathin __get__90对于以上理解 property 的运行原理有困难的同学，请务必参照我上面写的两点说明。如有其他疑问，可以加微信与我进行探讨。
4. 基于描述符如何实现staticmethod说完了 property ，这里再来讲讲 @classmethod 和 @staticmethod 的实现原理。
我这里定义了一个类，用了两种方式来实现静态方法。
class test: @staticmethod def myfunc(): print(hello)# 上下两种写法等价class test: def myfunc(): print(hello) # 重点：这就是描述符的体现 myfunc = staticmethod(myfunc)这两种写法是等价的，就好像在 property 一样，其实以下两种写法也是等价的。
@testpropertydef math(self): return self._math math = testproperty(fget=math)话题还是转回到 staticmethod 这边来吧。
由上面的注释，可以看出 staticmethod 其实就相当于一个描述符类，而myfunc 在此刻变成了一个描述符。关于 staticmethod 的实现，你可以参照下面这段我自己写的代码，加以理解。
调用这个方法可以知道，每调用一次，它都会经过描述符类的 __get__ 。
>> > test.myfunc()in staticmethod __get__hello >> > test().myfunc()in staticmethod __get__hello5. 基于描述符如何实现classmethod同样的 classmethod 也是一样。
class classmethod(object): def __init__(self, f): self.f = f def __get__(self, instance, owner=none): print(in classmethod __get__) def newfunc(*args): return self.f(owner, *args) return newfuncclass test: def myfunc(cls): print(hello) # 重点：这就是描述符的体现 myfunc = classmethod(myfunc)验证结果如下
>> > test.myfunc()in classmethod __get__hello >> > test().myfunc()in classmethod __get__hello讲完了 property、staticmethod和classmethod 与 描述符的关系。我想你应该对描述符在 python 中的应用有了更深的理解。对于 super 的实现原理，就交由你来自己完成。
6. 所有实例共享描述符通过以上内容的学习，你是不是觉得自己已经对描述符足够了解了呢？
可在这里，我想说以上的描述符代码都有问题。
问题在哪里呢？请看下面这个例子。
class score: def __init__(self, default=0): self._value = default def __get__(self, instance, owner): return self._value def __set__(self, instance, value): if 0 <= value > > std1 = student() >> > std1 >> > std1.math = 85 >> > std1 >> > std2 = student() >> > std2 # std2 居然共享了std1 的属性值 >> > std2.math = 100 >> > std1 # std2 也会改变std1 的属性值从结果上来看，std2 居然共享了 std1 的属性值，只要其中一个实例的变量发生改变，另一个实例的变量也会跟着改变。
探其根因，是由于此时 math，chinese，english 三个全部是类变量，导致 std2 和 std1 在访问 math，chinese，english 这三个变量时，其实都是访问类变量。
问题是不是来了？小明和小强的分数怎么可能是绑定的呢？这很明显与实际业务不符。
使用描述符给我们制造了便利，却无形中给我们带来了麻烦，难道这也是描述符的特性吗？
描述符是个很好用的特性，会出现这个问题，是由于我们之前写的描述符代码都是错误的。
描述符的机制，在我看来，只是抢占了访问顺序，而具体的逻辑却要因地制宜，视情况而定。
如果要把 math，chinese，english 这三个变量变成实例之间相互隔离的属性，应该这么写。
class score: def __init__(self, subject): self.name = subject def __get__(self, instance, owner): return instance.__dict__[self.name] def __set__(self, instance, value): if 0 <= value <= 100: instance.__dict__[self.name] = value else: raise valueerrorclass student: math = score(math) chinese = score(chinese) english = score(english) def __init__(self, math, chinese, english): self.math = math self.chinese = chinese self.english = english def __repr__(self): return .format(self.math, self.chinese, self.english)引导程序逻辑进入描述符之后，不管你是获取属性，还是设置属性，都是直接作用于 instance 的。
这段代码，你可以仔细和前面的对比一下。
不难看出：
之前的错误代码，更像是把描述符当做了存储节点。之后的正确代码，则是把描述符直接当做代理，本身不存储值。以上便是我对描述符的全部分享，希望能对你有所帮助。
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1. 为什么要使用描述符？假想你正在给学校写一个成绩管理系统，并没有太多编码经验的你，可能会这样子写。
class student: def __init__(self, name, math, chinese, english): self.name = name self.math = math self.chinese = chinese self.english = english def __repr__(self): return .format( self.name, self.math, self.chinese, self.english )看起来一切都很合理
>> > std1 = student('小明', 76, 87, 68) >> > std1但是程序并不像人那么智能，不会自动根据使用场景判断数据的合法性，如果老师在录入成绩的时候，不小心录入了将成绩录成了负数，或者超过100，程序是无法感知的。
聪明的你，马上在代码中加入了判断逻辑。
class student: def __init__(self, name, math, chinese, english): self.name = name if 0 <= math <= 100: self.math = math else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) if 0 <= chinese <= 100: self.chinese = chinese else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) if 0 <= chinese <= 100: self.english = english else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) def __repr__(self): return .format( self.name, self.math, self.chinese, self.english )这下程序稍微有点人工智能了，能够自己明辨是非了。
程序是智能了，但在__init__里有太多的判断逻辑，很影响代码的可读性。巧的是，你刚好学过 property 特性，可以很好的应用在这里。于是你将代码修改成如下，代码的可读性瞬间提升了不少
class student: def __init__(self, name, math, chinese, english): self.name = name self.math = math self.chinese = chinese self.english = english @property def math(self): return self._math @math.setter def math(self, value): if 0 <= value <= 100: self._math = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) @property def chinese(self): return self._chinese @chinese.setter def chinese(self, value): if 0 <= value <= 100: self._chinese = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) @property def english(self): return self._english @english.setter def english(self, value): if 0 <= value <= 100: self._english = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100]) def __repr__(self): return .format( self.name, self.math, self.chinese, self.english )程序还是一样的人工智能，非常好。
你以为你写的代码，已经非常优秀，无懈可击了。
没想到，人外有天，你的主管看了你的代码后，深深地叹了口气：类里的三个属性，math、chinese、english，都使用了 property 对属性的合法性进行了有效控制。功能上，没有问题，但就是太啰嗦了，三个变量的合法性逻辑都是一样的，只要大于0，小于100 就可以，代码重复率太高了，这里三个成绩还好，但假设还有地理、生物、历史、化学等十几门的成绩呢，这代码简直没法忍。去了解一下 python 的描述符吧。
经过主管的指点，你知道了「描述符」这个东西。怀着一颗敬畏之心，你去搜索了下关于 描述符的用法。
其实也很简单，一个实现了 描述符协议 的类就是一个描述符。
什么描述符协议：在类里实现了 __get__()、__set__()、__delete__() 其中至少一个方法。
__get__：用于访问属性。它返回属性的值，若属性不存在、不合法等都可以抛出对应的异常。__set__：将在属性分配操作中调用。不会返回任何内容。__delete__：控制删除操作。不会返回内容。对描述符有了大概的了解后，你开始重写上面的方法。
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当我们对一个实例属性进行访问时，python 会按 obj.__dict__ → type(obj).__dict__ → type(obj)的父类.__dict__ 顺序进行查找，如果查找到目标属性并发现是一个描述符，python 会调用描述符协议来改变默认的控制行为。
3. 基于描述符如何实现property经过上面的讲解，我们已经知道如何定义描述符，且明白了描述符是如何工作的。
正常人所见过的描述符的用法就是上面提到的那些，我想说的是那只是描述符协议最常见的应用之一，或许你还不知道，其实有很多 python 的特性的底层实现机制都是基于 描述符协议 的，比如我们熟悉的@property 、@classmethod 、@staticmethod 和 super 等。
先来说说 property 吧。
有了前面的基础，我们知道了 property 的基本用法。这里我直接切入主题，从第一篇的例子里精简了一下。
class student: def __init__(self, name): self.name = name @property def math(self): return self._math @math.setter def math(self, value): if 0 <= value <= 100: self._math = value else: raise valueerror(valid value must be in [0, 100])不防再简单回顾一下它的用法，通过property装饰的函数，如例子中的 math 会变成 student 实例的属性。而对 math 属性赋值会进入 使用 math.setter 装饰函数的逻辑代码块。
为什么说 property 底层是基于描述符协议的呢？通过 pycharm 点击进入 property 的源码，很可惜，只是一份类似文档一样的伪源码，并没有其具体的实现逻辑。
不过，从这份伪源码的魔法函数结构组成，可以大体知道其实现逻辑。
这里我自己通过模仿其函数结构，结合「描述符协议」来自己实现类 property 特性。
代码如下：
class testproperty(object): def __init__(self, fget=none, fset=none, fdel=none, doc=none): self.fget = fget self.fset = fset self.fdel = fdel self.__doc__ = doc def __get__(self, obj, objtype=none): print(in __get__) if obj is none: return self if self.fget is none: raise attributeerror return self.fget(obj) def __set__(self, obj, value): print(in __set__) if self.fset is none: raise attributeerror self.fset(obj, value) def __delete__(self, obj): print(in __delete__) if self.fdel is none: raise attributeerror self.fdel(obj) def getter(self, fget): print(in getter) return type(self)(fget, self.fset, self.fdel, self.__doc__) def setter(self, fset): print(in setter) return type(self)(self.fget, fset, self.fdel, self.__doc__) def deleter(self, fdel): print(in deleter) return type(self)(self.fget, self.fset, fdel, self.__doc__)然后 student 类，我们也相应改成如下
class student: def __init__(self, name): self.name = name # 其实只有这里改变 @testproperty def math(self): return self._math @math.setter def math(self, value): if 0 <= value > > >> > s1.math = 90in __set__ >> > s1.mathin __get__90对于以上理解 property 的运行原理有困难的同学，请务必参照我上面写的两点说明。如有其他疑问，可以加微信与我进行探讨。
4. 基于描述符如何实现staticmethod说完了 property ，这里再来讲讲 @classmethod 和 @staticmethod 的实现原理。
我这里定义了一个类，用了两种方式来实现静态方法。
class test: @staticmethod def myfunc(): print(hello)# 上下两种写法等价class test: def myfunc(): print(hello) # 重点：这就是描述符的体现 myfunc = staticmethod(myfunc)这两种写法是等价的，就好像在 property 一样，其实以下两种写法也是等价的。
@testpropertydef math(self): return self._math math = testproperty(fget=math)话题还是转回到 staticmethod 这边来吧。
由上面的注释，可以看出 staticmethod 其实就相当于一个描述符类，而myfunc 在此刻变成了一个描述符。关于 staticmethod 的实现，你可以参照下面这段我自己写的代码，加以理解。
调用这个方法可以知道，每调用一次，它都会经过描述符类的 __get__ 。
>> > test.myfunc()in staticmethod __get__hello >> > test().myfunc()in staticmethod __get__hello5. 基于描述符如何实现classmethod同样的 classmethod 也是一样。
class classmethod(object): def __init__(self, f): self.f = f def __get__(self, instance, owner=none): print(in classmethod __get__) def newfunc(*args): return self.f(owner, *args) return newfuncclass test: def myfunc(cls): print(hello) # 重点：这就是描述符的体现 myfunc = classmethod(myfunc)验证结果如下
>> > test.myfunc()in classmethod __get__hello >> > test().myfunc()in classmethod __get__hello讲完了 property、staticmethod和classmethod 与 描述符的关系。我想你应该对描述符在 python 中的应用有了更深的理解。对于 super 的实现原理，就交由你来自己完成。
6. 所有实例共享描述符通过以上内容的学习，你是不是觉得自己已经对描述符足够了解了呢？
可在这里，我想说以上的描述符代码都有问题。
问题在哪里呢？请看下面这个例子。
class score: def __init__(self, default=0): self._value = default def __get__(self, instance, owner): return self._value def __set__(self, instance, value): if 0 <= value > > std1 = student() >> > std1 >> > std1.math = 85 >> > std1 >> > std2 = student() >> > std2 # std2 居然共享了std1 的属性值 >> > std2.math = 100 >> > std1 # std2 也会改变std1 的属性值从结果上来看，std2 居然共享了 std1 的属性值，只要其中一个实例的变量发生改变，另一个实例的变量也会跟着改变。
探其根因，是由于此时 math，chinese，english 三个全部是类变量，导致 std2 和 std1 在访问 math，chinese，english 这三个变量时，其实都是访问类变量。
问题是不是来了？小明和小强的分数怎么可能是绑定的呢？这很明显与实际业务不符。
使用描述符给我们制造了便利，却无形中给我们带来了麻烦，难道这也是描述符的特性吗？
描述符是个很好用的特性，会出现这个问题，是由于我们之前写的描述符代码都是错误的。
描述符的机制，在我看来，只是抢占了访问顺序，而具体的逻辑却要因地制宜，视情况而定。
如果要把 math，chinese，english 这三个变量变成实例之间相互隔离的属性，应该这么写。
class score: def __init__(self, subject): self.name = subject def __get__(self, instance, owner): return instance.__dict__[self.name] def __set__(self, instance, value): if 0 <= value <= 100: instance.__dict__[self.name] = value else: raise valueerrorclass student: math = score(math) chinese = score(chinese) english = score(english) def __init__(self, math, chinese, english): self.math = math self.chinese = chinese self.english = english def __repr__(self): return .format(self.math, self.chinese, self.english)引导程序逻辑进入描述符之后，不管你是获取属性，还是设置属性，都是直接作用于 instance 的。
这段代码，你可以仔细和前面的对比一下。
不难看出：
之前的错误代码，更像是把描述符当做了存储节点。之后的正确代码，则是把描述符直接当做代理，本身不存储值。以上便是我对描述符的全部分享，希望能对你有所帮助。
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