Python中的高阶概念属性：五个你应该搞明白的知识点

在现代编程世界中，面向对象编程(OOP)语言在改变软件开发中的设计和实现模式方面发挥了进化作用。作为OOP家族的重要成员，Python在过去10年左右逐渐流行起来。与其他OOP语言一样，Python围绕大量不同的对象操作其数据，包括模块、类和函数。

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如果您有任何OOP语言的编程经验，您应该知道所有对象都有其内部特征数据，称为字段、属性或属性。在Python中，这些对象绑定的特征数据通常称为属性。在本文中，我将特别在自定义类的上下文中讨论它们。

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1. 类属性

为了更好地管理项目中的数据，我们经常需要创建自定义类。在Python中，类也是对象，这意味着它们可以有自己的属性。让我们看一个例子。

 
 
 
  
  
  >>> class Dog: 
  
  
  ...     genus = "Canis" 
  
  
  ...     family = "Canidae" 
  
  
  ... 
  
  
  >>> Dog.genus 
  
  
  'Canis' 
  
  
  >>> Dog.family 
  
  
  'Canidae' 
  
  
  >>> dir(Dog) 
  
  
  ['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__',  
  
  
   '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__',  
  
  
   '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__',  
  
  
   '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__',  
  
  
   'family', 'genus']

如上所示，我们声明了一个名为Dog的类。因为所有的狗都属于犬类属和犬科家族，所以我们创建了两个类属性，分别命名为属和科来存储这两条信息。如您所见，我们可以直接使用类来访问这些属性。我们可以使用函数dir来显示狗的属性列表，其中包括家族和属。

这些定义为类级别的属性称为类属性，类可以直接检索它们。但是，与其他OOP语言不同，Python中的实例对象也可以直接访问这些类属性，如下面的代码片段所示。

 
 
 
  
  
  >>> Dog().genus 
  
  
  'Canis' 
  
  
  '>>> Dog().family 
  
  
  'Canidae'

2. 实例属性

通过自定义类，我们还可以为实例对象设置属性。这些属性称为实例属性，这意味着它们是特定于实例的数据。让我们继续狗类。

 
 
 
  
  
  >>> class Dog: 
  
  
  ...     genus = "Canis" 
  
  
  ...     family = "Canidae" 
  
  
  ... 
  
  
  ...     def __init__(self, breed, name): 
  
  
  ...         self.breed = breed 
  
  
  ...         self.name = name 
  
  
  ...

在上面的代码中，我们定义了__init__函数，它将作为创建一个新的Dog实例的构造方法。第一个参数self引用了我们正在创建的实例。在实例化期间(即创建新实例)，我们将为新实例对象分配品种和名称信息，这些属性将成为实例特征的一部分，如下所示。

 
 
 
  
  
  >>> dog = Dog("Rottweiler", "Ada") 
  
  
  >>> dog.name 
  
  
  'Ada' 
  
  
  >>> dog.breed 
  
  
  'Rottweiler'

需要注意的一点是，我们可以为具有与class属性相同的属性的实例赋值。在这种情况下，当您检索实例的这个属性时，将不会检索class属性。换句话说，当您使用一个实例对象来检索class属性时，Python将首先检查实例本身是否有一个用相同名称设置的属性。如果没有，Python将使用class属性作为回退。此外，设置一个实例的属性不会影响同名类的属性。让我们在下面的代码片段中看看这些特征。

 
 
 
  
  
  >>> dog.genus = "Felis" 
  
  
  >>> dog.genus 
  
  
  'Felis' 
  
  
  >>> Dog('Poodle', 'Cutie').genus 
  
  
  'Canis'

3. 函数作为属性

在Python中，一切都是对象，前面我已经提到类是对象。此外，函数是Python对象。在类中，我们可以定义函数，通常称为方法。根据使用这些函数的方式，我们可以将它们进一步分类为类方法、静态方法和实例方法。在这里，理解这些差异并不是必须的。

尽管某些OOP语言将属性(或属性)和函数视为不同的实体，但Python将这些方法(函数)视为类的属性——与我们前面定义的类属性没有太大区别。让我们用上面提到的三种方法来更新Dog类:类方法、静态方法和实例方法，如下所示。

 
 
 
  
  
  >>> class Dog: 
  
  
  ...     genus = "Canis" 
  
  
  ...     family = "Canidae" 
  
  
  ... 
  
  
  ...     def __init__(self, breed, name): 
  
  
  ...         self.breed = breed 
  
  
  ...         self.name = name 
  
  
  ... 
  
  
  ...     @classmethod 
  
  
  ...     def from_tag(cls, tag_info): 
  
  
  ...         breed = tag_info["breed"] 
  
  
  ...         name = tag_info["name"] 
  
  
  ...         return cls(breed, name) 
  
  
  ... 
  
  
  ...     @staticmethod 
  
  
  ...     def can_bark(): 
  
  
  ...         print("Yes. All dogs can bark.") 
  
  
  ... 
  
  
  ...     def bark(self): 
  
  
  ...         print("The dog is barking.") 
  
  
  ...

对于更新后的类，我们可以使用函数dir检查类的属性列表。如下所示，类方法和静态方法都包含在列表中。

 
 
 
  
  
  >>> dir(Dog) 
  
  
  ['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__',  
  
  
  '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__',  
  
  
  '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__',  
  
  
  '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__',  
  
  
  'bark', 'can_bark', 'family', 'from_tag', 'genus']

然而，有一件事可能会让一些人感到惊讶，那就是该列表中包含了实例方法bark。我们知道，实例方法是那些由实例对象调用的函数，因此有些人可能认为这些实例方法应该绑定到所有单独的实例。然而，在Python中却不是这样。在解释实例方法如何工作之前，让我们先看看下面的代码。

 
 
 
  
  
  >>> dog = Dog("Rottweiler", "Ada") 
  
  
  >>> dog.bark() 
  
  
  The dog is barking. 
  
  
  >>> Dog.bark(dog) 
  
  
  The dog is barking.

如上所示，我们首先创建了Dog类的一个实例。与其他OOP语言一样，实例对象可以直接调用实例方法bark。然而，Python与其他语言的不同之处在于，实例方法的调用是通过类来操作的，通过传递实例作为参数来调用定义的函数(即，dog .bark(dog))。换句话说，instance.inst_method()在本质上与Python中的Class.inst_method(instance)相同。

之所以可以这样做，是因为Dog类“拥有”实例方法，这是一种节省内存的机制，因为Python不需要为每个实例对象创建单独的函数副本。相反，当一个实例调用一个实例方法时，Python将调用委托给类，该类将通过传递实例调用相应的函数(它将被设置为已定义函数中的self参数)。

4. 私有属性

如果您有OOP的经验，就不应该不熟悉访问修饰符的存在，比如public、private和protected。这些修饰符限制了可以访问修改的属性和函数的范围。然而，您很少在Python中听到这样的讨论。实际上，如果借用OOP中的术语，所有Python属性都是公共的。如上所示，在类和实例可以访问的地方，类和实例属性都可以自由访问。因此，严格地说，Python中没有真正的私有或受保护的属性(后面将讨论)。我们只是类比地使用这些术语，以便来自其他OOP背景的程序员更容易理解相关的编码约定(是的，只是一种约定，没有作为真正的访问控制加以加强)。

让我们首先讨论一下如何在Python中定义“私有”属性。惯例是用两个前导下划线命名这些属性，并且不超过一个后引下划线。考虑下面更新过的Dog类的示例—为了简单起见，我们省略了前面定义的其他属性。

 
 
 
  
  
  >>> class Dog: 
  
  
  ...     def __init__(self, breed, name): 
  
  
  ...         self.breed = breed 
  
  
  ...         self.name = name 
  
  
  ...         self.__tag = f"{name} | {breed}" 
  
  
  ...  
  
  
  >>> dog = Dog("Rottweiler", "Ada") 
  
  
  >>> dog.name 
  
  
  'Ada' 
  
  
  >>> dog.__tag 
  
  
  Traceback (most recent call last): 
  
  
    File "", line 1, in  
  
  
  AttributeError: 'Dog' object has no attribute '__tag'

在上面的更新之后，Dog实例将拥有一个名为tag的私有属性，正如其名称所示。实例对象仍然可以像以前一样访问它的其他属性(例如，名称)。然而，实例不能访问私有属性剩余的标记，这可能是我们所期望的。实际上，这种对访问这些属性的限制正是它们被称为“私有”属性的原因。但它是怎么发生的，在引擎盖下?毕竟，我前面提到过，所有Python属性在默认情况下都是公共的。下面将向您展示Python如何实现“私有”属性。

 
 
 
  
  
  >>> dog.__dict__ 
  
  
  {'breed': 'Rottweiler', 'name': 'Ada', '_Dog__tag': 'Ada | Rottweiler'} 
  
  
  >>> dog._Dog__tag 
  
  
  'Ada | Rottweiler'

__dict__特殊方法(也称为dunder方法，在名称前后都有双下划线)能够显示对象的字典表示。具体来说，字典中的键-值对是对象的属性及其值。正如我们所看到的，除了bread和name属性之外，还有一个名为_dog__tag标记的属性。这个属性正是私有属性__tag通过一个称为mangling的过程与对象关联的方式。

具体来说，mangling或name mangling是使用_ClassName作为私有属性的前缀，这样我们就人为地创建了对这些“私有”属性的访问限制。但是，如果我们确实想检索任何私有属性，我们仍然可以使用被破坏的名称访问它，就像我们在代码片段中使用_dog__标记所做的那样。

5. 受保护的属性

在上一节中，我们讨论了私有属性，但是受保护的属性呢?Python中与受保护属性对应的属性名称只有一个下划线。不像双下划线会导致混乱，单下划线前缀不会改变Python解释器处理这些属性的方式——它只是Python编程世界的一个惯例，表示他们(例如，编码器)不希望你访问这些属性。但是，如果你坚持要访问它们，你仍然可以这样做。让我们看看下面的代码。

 
 
 
  
  
  >>> class Dog: 
  
  
  ...     def __init__(self, breed, name): 
  
  
  ...         self.breed = breed 
  
  
  ...         self.name = name 
  
  
  ...         self.__tag = f"{name} | {breed}" 
  
  
  ...         self._nickname = name[0]

我们通过创建一个名为_nickname的实例属性来更新类Dog。正如其名称使用下划线前缀所表明的那样，按照约定，它被认为是一个“受保护”的属性。我们仍然可以将这些受保护的属性作为其他“公共”属性来访问，但是一些ide或Python编辑器不会为这些非公共属性提供提示(例如，自动完成提示)。有关这些使用Jupyter笔记本的例子，请参见屏幕截图。

如果我们使用模块而不是类，就像我们在这里所做的那样，当我们使用from _module import *导入模块时，带有下划线前缀的名称将不会被导入，从而提供了一种机制来限制对这些“受保护的”属性的访问。

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