【案例讲解】Python为什么要使用描述符？

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，在语言的基础设施中也有涉及。

我可以大胆地猜测，你对于描述符的了解是始于诸如 Django ORM 和 SQLAlchemy 中的字段对象，是的，它们都是描述符。你的它的认识，可能也止步于此，如果你没有去深究，它为何要如此设计？也就加体会不到 Python 给我们带来的便利与优雅。

由于 描述符的内容较多，长篇大论，容易让你倦怠，所以我打算分几篇来讲。

今天的话题是：为何要使用描述符？

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，小明看了你的代码后，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。

经过小明的指点，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：实现了 __get__()、__set__()、__del__() 其中至少一个方法的类，就是一个描述符。

• __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 类是一个描述器，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 __del__(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。

通过此文，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。