python深入_Python深入（上）

作者：Vamei 出处：http://www.cnblogs.com/vamei 欢迎转载，也请保留这段声明。谢谢！

到现在为止，Python学习已经可以告一段落。下面的部分，我想讨论Python的高级语法和底层实现。这一部分的内容并不是使用Python所必须的。但如果你想从事一些大型的Python开发(比如制作Python工具、写一个框架等)，你会希望对这一部分内容有所的了解。

一、特殊方法与多范式

Python 一切皆对象，但同时，Python还是一个多范式语言(multi-paradigm),你不仅可以使用面向对象的方式来编写程序，还可以用面向过程的方式来编写相同功能的程序(还有函数式、声明式等，我们暂不深入)。Python的多范式依赖于Python对象中的特殊方法(special method)。

特殊方法名的前后各有两个下划线。特殊方法又被成为魔法方法(magic method)，定义了许多Python 语法和表达方式，正如我们在下面的例子中将要看到的。当对象中定义了特殊方法的时候，Python也会对它们有“特殊优待”。比如定义了__init__()方法的类，会在创建对象的时候自动执行__init__()方法中的操作。

(可以通过dir()来查看对象所拥有的特殊方法，比如dir(1))。

1、运算符

Python的运算符是通过调用对象的特殊方法实现的。比如：

'abc' + 'xyz' # 连接字符串

实际执行了如下操作：

'abc'.__add__('xyz')

所以，在Python中，两个对象是否能进行加法运算，首先就要看相应的对象是否有__add__()方法。一旦相应的对象有__add__()方法，即使这个对象从数学上不可加，我们都可以用加法的形式，来表达obj.__add__()所定义的操作。在Python中，运算符起到简化书写的功能，但它依靠特殊方法实现。

Python不强制用户使用面向对象的编程方法。用户可以选择自己喜欢的使用方式(比如选择使用+符号，还是使用更加面向对象的__add__()方法)。特殊方法写起来总是要更费事一点。

2、内置函数

与运算符类似，许多内置函数也都是调用对象的特殊方法。比如：

len([1,2,3]) # 返回表中元素的总数

实际上做的是：

[1,2,3].__len__()

相对与__len__()，内置函数len()也起到了简化书写的作用。

3、表(list)元素引用

下面是我们常见的表元素引用方式：

li =[1, 2, 3, 4, 5, 6]

print(li[3])

上面的程序运行到li[3]的时候，Python发现并理解[]符号，然后调用__getitem__()方法。

li =[1, 2, 3, 4, 5, 6]

print(li.__getitem__(3))

4、函数

我们已经说过，在Python中，函数也是一种对象。实际上，任何一个有__call__()特殊方法的对象都被当作是函数。比如下面的例子:

class SampleMore(object):

def __call__(self, a):

return a + 5

add = SampleMore() # A function object

print(add(2)) # Call function

map(add, [2, 4, 5]) # Pass around function object

add为SampleMore类的一个对象，当被调用时，add执行加5的操作。add还可以作为函数对象，被传递给map()函数。

当然，我们还可以使用更“优美”的方式，想想是什么。

二、上下文管理器

上下文管理器(context manager)是Python2.5开始支持的一种语法，用于规定某个对象的使用范围。一旦进入或者离开该使用范围，会有特殊操作被调用 (比如为对象分配或者释放内存)。它的语法形式是with...as...

1、关闭文件

我们会进行这样的操作：打开文件，读写，关闭文件。程序员经常会忘记关闭文件。上下文管理器可以在不需要文件的时候，自动关闭文件。

下面我们看一下两段程序：

# without context manager

f = open("new.txt", "w")

print(f.closed) # whether the file is open

f.write("Hello World!")

f.close()

print(f.closed)

以及：

# with context manager

with open("new.txt", "w") as f:

print(f.closed)

f.write("Hello World!")

print(f.closed)

两段程序实际上执行的是相同的操作。我们的第二段程序就使用了上下文管理器 (with...as...)。上下文管理器有隶属于它的程序块。当隶属的程序块执行结束的时候(也就是不再缩进)，上下文管理器自动关闭了文件 (我们通过f.closed来查询文件是否关闭)。我们相当于使用缩进规定了文件对象f的使用范围。

上面的上下文管理器基于f对象的__exit__()特殊方法(还记得我们如何利用特殊方法来实现各种语法？参看特殊方法与多范式)。当我们使用上下文管理器的语法时，我们实际上要求Python在进入程序块之前调用对象的__enter__()方法，在结束程序块的时候调用__exit__()方法。对于文件对象f来说，它定义了__enter__()和__exit__()方法(可以通过dir(f)看到)。在f的__exit__()方法中，有self.close()语句。所以在使用上下文管理器时，我们就不用明文关闭f文件了。

2、自定义

任何定义了__enter__()和__exit__()方法的对象都可以用于上下文管理器。文件对象f是内置对象，所以f自动带有这两个特殊方法，不需要自定义。

下面，我们自定义用于上下文管理器的对象，就是下面的myvow：

# customized object

class VOW(object):

def __init__(self, text):

self.text = text

def __enter__(self):

self.text = "I say: " + self.text # add prefix

return self # note: return an object

def __exit__(self,exc_type,exc_value,traceback):

self.text = self.text + "!" # add suffix

with VOW("I'm fine") as myvow:

print(myvow.text)

我们的运行结果如下:

I say: I'm fine

I say: I'm fine!

我们可以看到，在进入上下文和离开上下文时，对象的text属性发生了改变(最初的text属性是"I'm fine")。

__enter__()返回一个对象。上下文管理器会使用这一对象作为as所指的变量，也就是myvow。在__enter__()中，我们为myvow.text增加了前缀 ("I say: ")。在__exit__()中，我们为myvow.text增加了后缀("!")。

注意: __exit__()中有四个参数。当程序块中出现异常(exception)，__exit__()的参数中exc_type, exc_value, traceback用于描述异常。我们可以根据这三个参数进行相应的处理。如果正常运行结束，这三个参数都是None。在我们的程序中，我们并没有用到这一特性。

由于上下文管理器带来的便利，它是一个值得使用的工具。

三、对象的属性

Python一切皆对象(object)，每个对象都可能有多个属性(attribute)。Python的属性有一套统一的管理方案。

1、属性的__dict__系统

对象的属性可能来自于其类定义，叫做类属性(class attribute)。类属性可能来自类定义自身，也可能根据类定义继承来的。一个对象的属性还可能是该对象实例定义的，叫做对象属性(object attribute)。

对象的属性储存在对象的__dict__属性中。__dict__为一个词典，键为属性名，对应的值为属性本身。我们看下面的类和对象。chicken类继承自bird类，而summer为chicken类的一个对象。

class bird(object):

feather = True

class chicken(bird):

fly = False

def __init__(self, age):

self.age = age

summer = chicken(2)

print(bird.__dict__)

print(chicken.__dict__)

print(summer.__dict__)

下面为我们的输出结果：

{'__dict__': , '__module__': '__main__', '__weakref__': , 'feather': True, '__doc__': None}

{'fly': False, '__module__': '__main__', '__doc__': None, '__init__': }

{'age': 2}

第一行为bird类的属性，比如feather。第二行为chicken类的属性，比如fly和__init__方法。第三行为summer对象的属性，也就是age。有一些属性，比如__doc__，并不是由我们定义的，而是由Python自动生成。此外，bird类也有父类，是object类(正如我们的bird定义，class bird(object))。这个object类是Python中所有类的父类。

可以看到，Python中的属性是分层定义的，比如这里分为object/bird/chicken/summer这四层。当我们需要调用某个属性的时候，Python会一层层向上遍历，直到找到那个属性。(某个属性可能出现再不同的层被重复定义，Python向上的过程中，会选取先遇到的那一个，也就是比较低层的属性定义)。

当我们有一个summer对象的时候，分别查询summer对象、chicken类、bird类以及object类的属性，就可以知道summer对象所有的__dict__，就可以找到通过对象summer可以调用和修改的所有属性了。下面两种属性修改方法等效：

summer.__dict__['age'] = 3

print(summer.__dict__['age'])

summer.age = 5

print(summer.age)

(上面的情况中，我们已经知道了summer对象的类为chicken，而chicken类的父类为bird。如果只有一个对象，而不知道它的类以及其他信息的时候，我们可以利用__class__属性找到对象的类，然后调用类的__base__属性来查询父类) 。

2、特性

同一个对象的不同属性之间可能存在依赖关系。当某个属性被修改时，我们希望依赖于该属性的其他属性也同时变化。这时，我们不能通过__dict__的方式来静态的储存属性。Python提供了多种即时生成属性的方法。其中一种称为特性(property)。特性是特殊的属性。比如我们为chicken类增加一个特性adult。当对象的age超过1时，adult为True；否则为False：

class bird(object):

feather = True

class chicken(bird):

fly = False

def __init__(self, age):

self.age = age

def getAdult(self):

if self.age > 1.0: return True

else: return False

adult = property(getAdult) # property is built-in

summer = chicken(2)

print(summer.adult)

summer.age = 0.5

print(summer.adult)

特性使用内置函数property()来创建。property()最多可以加载四个参数。前三个参数为函数，分别用于处理查询特性、修改特性、删除特性。最后一个参数为特性的文档，可以为一个字符串，起说明作用。

我们使用下面一个例子进一步说明:

class num(object):

def __init__(self, value):

self.value = value

def getNeg(self):

return -self.value

def setNeg(self, value):

self.value = -value

def delNeg(self):

print("value also deleted")

del self.value

neg = property(getNeg, setNeg, delNeg, "I'm negative")

x = num(1.1)

print(x.neg)

x.neg = -22

print(x.value)

print(num.neg.__doc__)

del x.neg

上面的num为一个数字，而neg为一个特性，用来表示数字的负数。当一个数字确定的时候，它的负数总是确定的；而当我们修改一个数的负数时，它本身的值也应该变化。这两点由getNeg和setNeg来实现。而delNeg表示的是，如果删除特性neg，那么应该执行的操作是删除属性value。property()的最后一个参数("I'm negative")为特性negative的说明文档。

3、使用特殊方法__getattr__

我们可以用__getattr__(self, name)来查询即时生成的属性。当我们查询一个属性时，如果通过__dict__方法无法找到该属性，那么Python会调用对象的__getattr__方法，来即时生成该属性。比如:

class bird(object):

feather = True

class chicken(bird):

fly = False

def __init__(self, age):

self.age = age

def __getattr__(self, name):

if name == 'adult':

if self.age > 1.0: return True

else: return False