年度黑马Python 自省指南(1)

年度黑马Python 自省指南(1)

2011年1月TIOBE编程语言排行榜近日出炉，Python赢得2010年度语言的桂冠。Python作为一种标准化的系统脚本语言，同时也被广泛的应用在其他更多领域内。Python结合Django框架是Web开发者的首选。因为Python的方便，越来越多的大学开始使用Python来教学。

首先通过一个例子来看一下本文中可能用到的对象和相关概念。

有时候我们会碰到这样的需求，需要执行对象的某个方法，或是需要对对象的某个字段赋值，而方法名或是字段名在编码代码时并不能确定，需要通过参数传递字符串的形式输入。举个具体的例子：当我们需要实现一个通用的DBM框架时，可能需要对数据对象的字段赋值，但我们无法预知用到这个框架的数据对象都有些什么字段，换言之，我们在写框架的时候需要通过某种机制访问未知的属性。

这个机制被称为反射(反过来让对象告诉我们他是什么)，或是自省(让对象自己告诉我们他是什么，好吧我承认括号里是我瞎掰的- -#)，用于实现在运行时获取未知对象的信息。反射是个很吓唬人的名词，听起来高深莫测，在一般的编程语言里反射相对其他概念来说稍显复杂，一般来说都是作为高级主题来讲;但在Python中反射非常简单，用起来几乎感觉不到与其他的代码有区别，使用反射获取到的函数和方法可以像平常一样加上括号直接调用，获取到类后可以直接构造实例;不过获取到的字段不能直接赋值，因为拿到的其实是另一个指向同一个地方的引用，赋值只能改变当前的这个引用而已。

1. 访问对象的属性

以下列出了几个内建方法，可以用来检查或是访问对象的属性。这些方法可以用于任意对象而不仅仅是例子中的Cat实例对象;Python中一切都是对象。

cat = Cat('kitty')  
 
print cat.name # 访问实例属性  
cat.sayHi() # 调用实例方法  
 
print dir(cat) # 获取实例的属性名，以列表形式返回  
if hasattr(cat, 'name'): # 检查实例是否有这个属性  
    setattr(cat, 'name', 'tiger') # same as: a.name = 'tiger' 
print getattr(cat, 'name') # same as: print a.name  
 
getattr(cat, 'sayHi')() # same as: cat.sayHi()  

•dir([obj]):

调用这个方法将返回包含obj大多数属性名的列表(会有一些特殊的属性不包含在内)。obj的默认值是当前的模块对象。

•hasattr(obj, attr):

这个方法用于检查obj是否有一个名为attr的值的属性，返回一个布尔值。

•getattr(obj, attr):

调用这个方法将返回obj中名为attr值的属性的值，例如如果attr为'bar'，则返回obj.bar。

•setattr(obj, attr, val):

调用这个方法将给obj的名为attr的值的属性赋值为val。例如如果attr为'bar'，则相当于obj.bar = val。

2. 访问对象的元数据

当你对一个你构造的对象使用dir()时，可能会发现列表中的很多属性并不是你定义的。这些属性一般保存了对象的元数据，比如类的__name__属性保存了类名。大部分这些属性都可以修改，不过改动它们意义并不是很大;修改其中某些属性如function.func_code还可能导致很难发现的问题，所以改改name什么的就好了，其他的属性不要在不了解后果的情况下修改。

接下来列出特定对象的一些特殊属性。另外，Python的文档中有提到部分属性不一定会一直提供，下文中将以红色的星号*标记，使用前你可以先打开解释器确认一下。

2.0. 准备工作：确定对象的类型

在types模块中定义了全部的Python内置类型，结合内置方法isinstance()就可以确定对象的具体类型了。

•isinstance(object, classinfo):

检查object是不是classinfo中列举出的类型，返回布尔值。classinfo可以是一个具体的类型，也可以是多个类型的元组或列表。

types模块中仅仅定义了类型，而inspect模块中封装了很多检查类型的方法，比直接使用types模块更为轻松，所以这里不给出关于types的更多介绍，如有需要可以直接查看types模块的文档说明。本文第3节中介绍了inspect模块。

　　2.1. 模块(module)

•__doc__: 文档字符串。如果模块没有文档，这个值是None。

•*__name__: 始终是定义时的模块名;即使你使用import .. as 为它取了别名，或是赋值给了另一个变量名。

•*__dict__: 包含了模块里可用的属性名-属性的字典;也就是可以使用模块名.属性名访问的对象。

•__file__: 包含了该模块的文件路径。需要注意的是内建的模块没有这个属性，访问它会抛出异常!

import fnmatch as m  
print m.__doc__.splitlines()[0] # Filename matching with shell patterns.  
print m.__name__                # fnmatch  
print m.__file__                # /usr/lib/python2.6/fnmatch.pyc  
print m.__dict__.items()[0]     # ('fnmatchcase', <FUNCTION 0xb73deb54 at fnmatchcase>)  

2.2. 类(class)

•__doc__: 文档字符串。如果类没有文档，这个值是None。

•*__name__: 始终是定义时的类名。

•*__dict__: 包含了类里可用的属性名-属性的字典;也就是可以使用类名.属性名访问的对象。

•__module__: 包含该类的定义的模块名;需要注意，是字符串形式的模块名而不是模块对象。

•*__bases__: 直接父类对象的元组;但不包含继承树更上层的其他类，比如父类的父类。

print Cat.__doc__           # None  
print Cat.__name__          # Cat  
print Cat.__module__        # __main__  
print Cat.__bases__         # (<TYPE ?object?>,)  
print Cat.__dict__          # {'__module__': '__main__', ...}  

2.3. 实例(instance)

实例是指类实例化以后的对象。

•*__dict__: 包含了可用的属性名-属性字典。

•*__class__: 该实例的类对象。对于类Cat，cat.__class__ == Cat 为 True。

print cat.__dict__  
print cat.__class__  
print cat.__class__ == Cat # True  

2.4. 内建函数和方法(built-in functions and methods)

根据定义，内建的(built-in)模块是指使用C写的模块，可以通过sys模块的builtin_module_names字段查看都有哪些模块是内建的。这些模块中的函数和方法可以使用的属性比较少，不过一般也不需要在代码中查看它们的信息。

•__doc__: 函数或方法的文档。

•__name__: 函数或方法定义时的名字。

•__self__: 仅方法可用，如果是绑定的(bound)，则指向调用该方法的类(如果是类方法)或实例(如果是实例方法)，否则为None。

•*__module__: 函数或方法所在的模块名。

2.5. 函数(function)

这里特指非内建的函数。注意，在类中使用def定义的是方法，方法与函数虽然有相似的行为，但它们是不同的概念。

•__doc__: 函数的文档;另外也可以用属性名func_doc。

•__name__: 函数定义时的函数名;另外也可以用属性名func_name。

•*__module__: 包含该函数定义的模块名;同样注意，是模块名而不是模块对象。

•*__dict__: 函数的可用属性;另外也可以用属性名func_dict。

不要忘了函数也是对象，可以使用函数.属性名访问属性(赋值时如果属性不存在将新增一个)，或使用内置函数has/get/setattr()访问。不过，在函数中保存属性的意义并不大。

•func_defaults: 这个属性保存了函数的参数默认值元组;因为默认值总是靠后的参数才有，所以不使用字典的形式也是可以与参数对应上的。

•func_code: 这个属性指向一个该函数对应的code对象，code对象中定义了其他的一些特殊属性，将在下文中另外介绍。

•func_globals: 这个属性指向当前的全局命名空间而不是定义函数时的全局命名空间，用处不大，并且是只读的。

•*func_closure: 这个属性仅当函数是一个闭包时有效，指向一个保存了所引用到的外部函数的变量cell的元组，如果该函数不是一个内部函数，则始终为None。这个属性也是只读的。

下面的代码演示了func_closure：

#coding: UTF-8  
def foo():  
    n = 1 
    def bar():  
        print n # 引用非全局的外部变量n，构造一个闭包  
    n = 2 
    return bar  
 
closure = foo()  
print closure.func_closure  
# 使用dir()得知cell对象有一个cell_contents属性可以获得值  
print closure.func_closure[0].cell_contents # 2  

由这个例子可以看到，遇到未知的对象使用dir()是一个很好的主意 ：)

2.6. 方法(method)

方法虽然不是函数，但可以理解为在函数外面加了一层外壳;拿到方法里实际的函数以后，就可以使用2.5节的属性了。

•__doc__: 与函数相同。

•__name__: 与函数相同。

•*__module__: 与函数相同。

•im_func: 使用这个属性可以拿到方法里实际的函数对象的引用。另外如果是2.6以上的版本，还可以使用属性名__func__。

•im_self: 如果是绑定的(bound)，则指向调用该方法的类(如果是类方法)或实例(如果是实例方法)，否则为None。如果是2.6以上的版本，还可以使用属性名__self__。

•im_class: 实际调用该方法的类，或实际调用该方法的实例的类。注意不是方法的定义所在的类，如果有继承关系的话。

im = cat.sayHi  
print im.im_func  
print im.im_self # cat  
print im.im_class # Cat  

这里讨论的是一般的实例方法，另外还有两种特殊的方法分别是类方法(classmethod)和静态方法(staticmethod)。类方法还是方法，不过因为需要使用类名调用，所以他始终是绑定的;而静态方法可以看成是在类的命名空间里的函数(需要使用类名调用的函数)，它只能使用函数的属性，不能使用方法的属性。