Python中的描述器怎麼使用

概述

描述器是Python對象，用於定義在存取其他物件屬性時所執行的操作。透過描述器，可以實現多種不同的行為，例如運算屬性、快取屬性值、以及控制屬性存取等。使用描述器可以自訂屬性存取行為，避免在每個屬性使用處編寫重複的程式碼。

任何類別的屬性，包括實例屬性、類別屬性和靜態屬性都可以使用描述器。 Python程式設計中的描述器是高階特性，對於具備深入了解Python語言和高階程式設計技能的程式設計師非常實用。

實作方式

Python描述器是透過實作描述器協定來定義的。描述器協定是Python物件協定的一種，它定義了三個方法：__get__()、__set__()和__delete__()。

Python解釋器在存取一個物件的屬性時，會先檢查該屬性是否為描述器。如果屬性是描述器，則呼叫__get__()方法取得屬性值。如果屬性不是描述器，則直接傳回屬性值。

如果我們想要使用一個Python描述器來控制屬性存取行為，我們需要實作描述器協定中的__get__()、__set__()和__delete__()方法中的至少一個方法。以下是這些方法的具體說明：

__get__(self, instance, owner)：用於取得屬性值。如果存取屬性的是一個實例，則instance參數是實例對象，owner參數是類別對象。如果存取屬性的是類，則instance參數是None，owner參數是類物件。

__set__(self, instance, value)：用來設定屬性值。如果設定屬性值的是一個實例，則instance參數是實例對象，value參數是要設定的值。如果設定屬性值的是一個類，則instance參數是None，value參數是要設定的值。

__delete__(self, instance)：用於刪除屬性值。如果刪除屬性值的是一個實例，則instance參數是實例物件。如果刪除屬性值的是一個類，則instance參數是None。
如何使用Python描述器

應用場景

Python的描述器可套用於多種情境，例如計算屬性、快取屬性值和實作屬性的存取控制。以下是一些使用Python描述器的範例。

計算屬性

計算屬性是由其他屬性計算得出的屬性。舉例來說，使用一個描述器可以建立一個計算屬性，該屬性將兩個數字屬性相加。下面是一個實作計算屬性的範例程式碼：

class SumDescriptor:  
    def __init__(self, a, b):  
        self.a = a  
        self.b = b  
     
    def __get__(self, instance, owner):  
        return getattr(instance, self.a) + getattr(instance, self.b)  
     
class MyClass:  
    def __init__(self, a, b):  
        self.a = a  
        self.b = b  
        self.sum = SumDescriptor('a', 'b')

在上面的程式碼中，SumDescriptor是一個描述器，它使用__get__()方法來計算a和b屬性的和。 MyClass是一個包含a和b屬性的類，它也定義了一個sum屬性，該屬性是SumDescriptor的實例。

當我們使用MyClass建立一個實例時，可以透過存取sum屬性來取得a和b屬性的和，而無需手動計算它們：

>>> obj = MyClass(1, 2)  
>>> obj.sum  
3

快取屬性值

另一個常見的用途是快取屬性值。使用描述器可以快取屬性值，從而提高程式效能，特別是當屬性值是較慢的計算或大量資料時。下面是一個快取屬性值的範例程式碼：

class CachedProperty:  
    def __init__(self, func):  
        self.func = func  
        self.__name__ = func.__name__  
         
    def __get__(self, instance, owner):  
        if instance is None:  
            return self  
        value = self.func(instance)  
        setattr(instance, self.__name__, value)  
        return value  
  
class MyClass:  
    def __init__(self, data):  
        self._data = data  
         
    @CachedProperty  
    def processed_data(self):  
        # Perform some slow computation  
        result = ...  
        return result

在上面的程式碼中，CachedProperty是一個描述器，它使用__get__()方法來快取屬性值。 MyClass是一個包含_data屬性的類，它定義了一個processed_data屬性，該屬性使用@CachedProperty裝飾器來實現緩存。當我們存取processed_data屬性時，如果快取中已經存在屬性值，則直接傳回快取的值。否則，計算屬性值，並將其儲存在快取中。

實作屬性存取控制

描述器也可以用來實現屬性存取控制。例如，我們可以使用描述器來禁止對一個屬性進行修改。以下是實作屬性存取控制的範例程式碼：

class ReadOnlyDescriptor:  
    def __init__(self, value):  
        self.value = value  
         
    def __get__(self, instance, owner):  
        return self.value  
     
    def __set__(self, instance, value):  
        raise AttributeError("can't set attribute")  
  
class MyClass:  
    def __init__(self, data):  
        self._data = ReadOnlyDescriptor(data)

在上面的程式碼中，ReadOnlyDescriptor是一個描述器，它使用__set__()方法來禁止對屬性進行修改。 MyClass是一個包含 _data屬性的類，它定義了一個唯讀的屬性。當我們嘗試對_data屬性進行修改時，會引發AttributeError異常。

自訂屬性存取控制

除了上面介紹的基本描述器，Python還提供了property裝飾器，它可以用來定義自訂的屬性存取控制。使用property裝飾器，我們可以將一個方法轉換為一個唯讀屬性，一個可寫屬性或一個可讀寫屬性。下面是一個自訂屬性存取控制的範例程式碼：

class MyClass:  
    def __init__(self, value):  
        self._value = value  
         
    @property  
    def value(self):  
        return self._value  
     
    @value.setter  
    def value(self, new_value):  
        if new_value < 0:  
            raise ValueError("value must be non-negative")  
        self._value = new_value

在上面的代码中，value方法被转换为一个属性。@property装饰器将value方法转换为只读属性，@value.setter装饰器将value方法转换为可写属性。当我们尝试对value属性进行修改时，如果新值小于0，则引发ValueError异常。

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