这个Python知识点，90% 的人都得挂~

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 "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".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  
<Student: 小明, math:76, chinese: 87, english:68> 

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 "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".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 "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".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 <= 100:  
            raise ValueError('Valid value must be in [0, 100]')  
        self._score = value  
    def __get__(self, instance, owner):  
        return self._score  
    def __delete__(self):  
        del self._score       
 class Student:  
    math = Score(0)  
    chinese = Score(0)  
    english = Score(0)  
    def __init__(self, name, math, chinese, english):  
        self.name = name  
        self.math = math  
        self.chinese = chinese  
        self.english = english 
    def __repr__(self):  
        return "<Student: {}, math:{}, chinese: {}, english:{}>".format(  
                self.name, self.math, self.chinese, self.english  
            ) 

实现的效果和前面的一样，可以对数据的合法性进行有效控制（字段类型、数值区间等）

以上，我举了下具体的实例，从最原始的编码风格到 Property ，最后引出描述符。由浅入深，一步一步带你感受到描述符的优雅之处。

到这里，你需要记住的只有一点，就是描述符给我们带来的编码上的便利，它在实现 保护属性不受修改、属性类型检查 的基本功能，同时有大大提高代码的复用率。

2. 描述符的访问规则

描述符分两种：

•  数据描述符：实现了__get__ 和 __set__ 两种方法的描述符
•  非数据描述符：只实现了__get__ 一种方法的描述符

你一定会问，他们有什么区别呢？网上的讲解，我看过几个，很多都把一个简单的东西讲得复杂了。

其实就一句话，数据描述器和非数据描述器的区别在于：它们相对于实例的字典的优先级不同。

如果实例字典中有与描述符同名的属性，如果描述符是数据描述符，优先使用数据描述符，如果是非数据描述符，优先使用字典中的属性。

这边还是以上节的成绩管理的例子来说明，方便你理解。 

# 数据描述符  
class DataDes:  
    def __init__(self, default=0):  
        self._score = default  
    def __set__(self, instance, value):  
        self._score = value  
    def __get__(self, instance, owner):  
        print("访问数据描述符里的 __get__")  
        return self._score  
# 非数据描述符  
class NoDataDes:  
    def __init__(self, default=0):  
        self._score = default  
    def __get__(self, instance, owner):  
        print("访问非数据描述符里的 __get__")  
        return self._score  
class Student:  
    math = DataDes(0)  
    chinese = NoDataDes(0)  
    def __init__(self, name, math, chinese):  
        self.name = name  
        self.math = math  
        self.chinese = chinese      
     def __getattribute__(self, item):  
        print("调用 __getattribute__") 
        return super(Student, self).__getattribute__(item)     
     def __repr__(self):  
        return "<Student: {}, math:{}, chinese: {},>".format(  
                self.name, self.math, self.chinese) 

需要注意的是，math 是数据描述符，而 chinese 是非数据描述符。从下面的验证中，可以看出，当实例属性和数据描述符同名时，会优先访问数据描述符（如下面的math），而当实例属性和非数据描述符同名时，会优先访问实例属性（__getattribute__） 

>>> 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 <= 100:  
            self._math = value  
        else:  
            raise ValueError("Valid value must be in [0, 100]") 

为了尽量让你少产生一点疑惑，我这里做两点说明：

1.  使用TestProperty装饰后，math 不再是一个函数，而是TestProperty 类的一个实例。所以第二个math函数可以使用 math.setter 来装饰，本质是调用TestProperty.setter 来产生一个新的 TestProperty 实例赋值给第二个math。

       2.  第一个 math 和第二个 math 是两个不同 TestProperty 实例。但他们都属于同一个描述符类（TestProperty），当对 math 对于赋值时，就会进入 TestProperty.__set__，当对math 进行取值里，就会进入 TestProperty.__get__。仔细一看，其实最终访问的还是Student实例的 _math 属性。

说了这么多，还是运行一下，更加直观一点。 

# 运行后，会直接打印这一行，这是在实例化 TestProperty 并赋值给第二个math  
in setter  
>>>  
>>> s1.math = 90  
in __set__  
>>> s1.math  
in __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。 

@TestProperty  
def 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__  
hello 

5. 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 newfunc  
class 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 <= 100:  
            self._value = value  
        else: 
             raise ValueError  
class Student:  
    math = Score(0)  
    chinese = Score(0)  
    english = Score(0)  
    def __repr__(self):  
        return "<Student math:{}, chinese:{}, english:{}>".format(self.math, self.chinese, self.english) 

Student 里没有像前面那样写了构造函数，但是关键不在这儿，没写只是因为没必要写。

然后来看一下会出现什么样的问题呢 

>>> std1 = Student()  
>>> std1  
<Student math:0, chinese:0, english:0>  
>>> std1.math = 85  
>>> std1  
<Student math:85, chinese:0, english:0>  
>>> std2 = Student()  
>>> std2 # std2 居然共享了std1 的属性值  
<Student math:85, chinese:0, english:0>  
>>> std2.math = 100  
>>> std1 # std2 也会改变std1 的属性值  
<Student math:100, chinese:0, english:0> 

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 ValueError  
class 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 "<Student math:{}, chinese:{}, english:{}>".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。