Python的對(duì)象模型是什么

本篇內(nèi)容介紹了“Python的對(duì)象模型是什么”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

在面向?qū)ο蟮睦碚撝校袃蓚€(gè)核心的概念：類和實(shí)例。類可以看成是一個(gè)模板，實(shí)例就是根據(jù)這個(gè)模板創(chuàng)建出來的對(duì)象。但在 Python 里面，類和實(shí)例都是對(duì)象，也就是所謂的類對(duì)象（或者類型對(duì)象）和實(shí)例對(duì)象。

為了避免后續(xù)出現(xiàn)歧義，我們這里把對(duì)象分為三種：

• 內(nèi)置類對(duì)象：比如 int、str、list、type、object 等等；

• 自定義類對(duì)象：通過 class 關(guān)鍵字定義的類，當(dāng)然我們也會(huì)把它和上面的內(nèi)置類對(duì)象統(tǒng)稱為類對(duì)象（或者類型對(duì)象）；

• 實(shí)例對(duì)象：由類對(duì)象（內(nèi)置類對(duì)象或自定義類對(duì)象）創(chuàng)建的實(shí)例；

而對(duì)象之間存在以下兩種關(guān)系：

• is-kind-of：對(duì)應(yīng)面向?qū)ο罄碚撝凶宇惡透割愔g的關(guān)系；

• is-instance-of：對(duì)應(yīng)面向?qū)ο罄碚撝袑?shí)例對(duì)象和類對(duì)象之間的關(guān)系；

我們舉例說明：

class Girl(object):

    def say(self):
        return "古明地覺"

girl = Girl()
print(girl.say())  # 古明地覺

這段代碼便包含了上面的三種對(duì)象：object（內(nèi)置類對(duì)象），Girl（自定義類對(duì)象），girl（實(shí)例對(duì)象）。

顯然 Girl 和 object 之間是 is-kind-of 關(guān)系，即 Girl 是 object 的子類。值得一提的是，Python3 里面所有的類（除 object）都是默認(rèn)繼承自 object，即便我們這里不顯式繼承 object，也會(huì)默認(rèn)繼承的，但為了說明，我們就寫上了。

除了 Girl 是 object 的子類，我們還能看出 girl 和 Girl 之間存在 is-instance-of 關(guān)系，即 girl 是 Girl 的實(shí)例。當(dāng)然如果再進(jìn)一步的話，girl 和 object 之間也存在 is-instance-of 關(guān)系，girl 也是 object 的實(shí)例。

class Girl(object):
    pass
    
girl = Girl()
print(issubclass(Girl, object))  # True 
print(type(girl))  # <class '__main__.Girl'>
print(isinstance(girl, Girl))  # True
print(isinstance(girl, object))  # True

girl 是 Girl 這個(gè)類實(shí)例化得到的，所以 type(girl) 得到的是類對(duì)象 Girl。但 girl 也是 object 的實(shí)例對(duì)象，因?yàn)?Girl 繼承了 object。至于這其中的原理，我們會(huì)慢慢介紹。

Python 也提供了一些手段可以探測(cè)這些關(guān)系，除了上面的 type 之外，還可以使用對(duì)象的 __class__ 屬性探測(cè)一個(gè)對(duì)象和其它的哪些對(duì)象之間存在 is-instance-of 關(guān)系。

而通過對(duì)象的 __bases__ 屬性則可以探測(cè)一個(gè)對(duì)象和其它的哪些對(duì)象之間存在著 is-kind-of 關(guān)系。此外 Python 還提供了兩個(gè)函數(shù) issubclass 和 isinstance 來驗(yàn)證兩個(gè)對(duì)象之間是否存在著我們期望的關(guān)系。

class Girl(object):
    pass 

girl = Girl()
print(girl.__class__)  # <class '__main__.Girl'>
print(Girl.__class__)  # <class 'type'>
# __class__是查看自己的類型是什么，也就是生成自己的類
# 而在介紹 Python 對(duì)象的時(shí)候，我們就看到了
# 任何一個(gè)對(duì)象都至少具備兩個(gè)東西: 一個(gè)是引用計(jì)數(shù)、一個(gè)是類型
# 所以 __class__ 是所有對(duì)象都具備的

# __base__只顯示直接繼承的第一個(gè)類
print(Girl.__base__)  # <class 'object'>
# __bases__ 會(huì)顯示直接繼承的所有類，以元組的形式
print(Girl.__bases__)  # (<class 'object'>,)

我們畫一張圖總結(jié)一下：

另外需要注意里面的 type 和 object：

• type 和 object 存在 is-kind-of 關(guān)系，因?yàn)?type 是 object 的子類；

• object 和 type 存在 is-instance-of 關(guān)系，因?yàn)?object 是 type 的實(shí)例對(duì)象；

可能有人會(huì)好奇為什么會(huì)是這樣，而關(guān)于這一點(diǎn)，我在 type 與 object 的恩怨糾葛這篇文章講得很詳細(xì)了，感興趣可以點(diǎn)擊閱讀一下。

簡(jiǎn)單來說就是，type 在底層對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體為 PyType_Type、object 在底層對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體為 PyBaseObject_Type。而在創(chuàng)建 object 的時(shí)候，將內(nèi)部的 ob_type 設(shè)置成了&PyType_Type；在創(chuàng)建type的時(shí)候，將內(nèi)部的 tp_base 設(shè)置成了&PyBaseObject_Type。

因此這兩者的定義是彼此依賴的，兩者是同時(shí)出現(xiàn)的，我們后面還會(huì)看到。

另外 type 的類型就是 type 本身，所以：

• 實(shí)例對(duì)象的類型是類型對(duì)象，類型對(duì)象的類型是元類；

• 所有類型對(duì)象的基類都收斂于 object；

• 所有對(duì)象的類型都收斂于 type；

因此 Python 算是將一切皆對(duì)象的理念貫徹到了極致，也正因?yàn)槿绱耍琍ython 才具有如此優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)特性。

但還沒有結(jié)束，我們看一下類對(duì)象 Girl 的行為，首先它支持屬性設(shè)置：

class Girl(object):
    pass

print(hasattr(Girl, "name"))  # False
Girl.name = "古明地覺"
print(hasattr(Girl, "name"))  # True
print(Girl.name)  # 古明地覺

一個(gè)類都已經(jīng)定義完了，我們后續(xù)還可以進(jìn)行屬性添加，這在其它的靜態(tài)語言中是不可能做到的。那么Python是如何做到的呢？我們說能夠?qū)傩赃M(jìn)行動(dòng)態(tài)添加，你會(huì)想到什么？是不是字典呢？

正如 global 名字空間一樣，我們猜測(cè)類應(yīng)該也有自己的屬性字典，往類里面設(shè)置屬性的時(shí)候，等價(jià)于向字典中添加鍵值對(duì)，同理其它操作也與之類似。

class Girl(object):
    pass

print(Girl.__dict__.get("name", "不存在"))  # 不存在
Girl.name = "古明地覺"
print(Girl.__dict__.get("name"))  # 古明地覺

和操作全局變量是類似的，但是有一點(diǎn)需要注意：我們不能直接通過類的屬性字典來設(shè)置屬性。

try:
    Girl.__dict__["name"] = "古明地覺"
except Exception as e:
    print(e)  
# 'mappingproxy' object does not support item assignment

雖然叫屬性字典，但其實(shí)是 mappingproxy 對(duì)象，該對(duì)象本質(zhì)上就是對(duì)字典進(jìn)行了一層封裝，在字典的基礎(chǔ)上移除了增刪改操作，也就是只保留了查詢功能。如果我們想給類增加屬性，可以采用直接賦值的方式，或者調(diào)用 setattr 函數(shù)也是可以的。

但在介紹如何篡改虛擬機(jī)的時(shí)候，我們提到過一個(gè)騷操作，可以通過 gc 模塊拿到 mappingproxy 對(duì)象里的字典。

import gc

class Girl(object):
    pass

gc.get_referents(Girl.__dict__)[0]["name"] = "古明地覺"
print(Girl.name)  # 古明地覺

并且這種做法除了適用于自定義類對(duì)象，還適用于內(nèi)置類對(duì)象。但是工作中不要這么做，知道有這么個(gè)操作就行。

除了設(shè)置屬性之外，我們還可以設(shè)置函數(shù)。

class Girl(object):
    pass

Girl.info = lambda name: f"我是{name}"
print(Girl.info("古明地覺"))  # 我是古明地覺

# 如果實(shí)例調(diào)用的話，會(huì)和我們想象的不太一樣
# 因?yàn)閷?shí)例調(diào)用的話會(huì)將函數(shù)包裝成方法
try:
    Girl().info("古明地覺")
except TypeError as e:
    print(e) 
"""
<lambda>() takes 1 positional argument but 2 were given
"""    

# 實(shí)例在調(diào)用的時(shí)候會(huì)將自身也作為參數(shù)傳進(jìn)去
# 所以第一個(gè)參數(shù) name 實(shí)際上接收的是 Girl 的實(shí)例對(duì)象
# 只不過第一個(gè)參數(shù)按照規(guī)范來講應(yīng)該叫做self
# 但即便你起別的名字也是無所謂的
print(Girl().info())  
"""
我是<__main__.Girl object at 0x000001920BB88760>
"""

所以我們可以有兩種做法：

# 將其包裝成一個(gè)靜態(tài)方法
# 這樣類和實(shí)例都可以調(diào)用
Girl.info = staticmethod(lambda name: f"我是{name}")
print(Girl.info("古明地覺"))  # 我是古明地覺
print(Girl().info("古明地覺"))  # 我是古明地覺

# 如果是給實(shí)例用的，那么帶上一個(gè) self 參數(shù)即可
Girl.info = lambda self, name: f"我是{name}"
print(Girl().info("古明地覺"))  # 我是古明地覺

此外我們還可以通過 type 來動(dòng)態(tài)地往類里面進(jìn)行屬性的增加、修改和刪除。

class Girl(object):

    def say(self):
        pass

print(hasattr(Girl, "say"))  # True
# delattr(Girl, "say") 與之等價(jià)
type.__delattr__(Girl, "say")
print(hasattr(Girl, "say"))  # False
# 我們?cè)O(shè)置一個(gè)屬性吧
# 等價(jià)于 Girl.name = "古明地覺"
setattr(Girl, "name", "古明地覺")
print(Girl.name)  # 古明地覺

事實(shí)上調(diào)用 getattr、setattr、delattr 等價(jià)于調(diào)用其類型對(duì)象的__getattr__、__setattr__、__delattr__。

所以，一個(gè)對(duì)象支持哪些行為，取決于其類型對(duì)象定義了哪些操作。并且通過對(duì)象的類型對(duì)象，可以動(dòng)態(tài)地給該對(duì)象進(jìn)行屬性的設(shè)置。Python 所有類型對(duì)象的類型對(duì)象都是 type，通過 type 我們便可以控制類的生成過程，即便類已經(jīng)創(chuàng)建完畢了，也依舊可以進(jìn)行屬性設(shè)置。

但是注意：type 可以操作的類只能是通過 class 定義的動(dòng)態(tài)類，而像 int、list、dict 等靜態(tài)類，它們是在源碼中靜態(tài)定義好的，只不過類型設(shè)置成了 type。一言以蔽之，type 雖然是所有類對(duì)象的類對(duì)象，但 type 只能對(duì)動(dòng)態(tài)類進(jìn)行屬性上的修改，不能修改靜態(tài)類。

try:
    int.name = "古明地覺"
except Exception as e:
    print(e)
"""
can't set attributes of built-in/extension type 'int'
"""

try:
    setattr(int, "ping", "pong")
except Exception as e:
    print(e)
"""
can't set attributes of built-in/extension type 'int'     
"""

通過報(bào)錯(cuò)信息可以看到，不可以設(shè)置內(nèi)置類和擴(kuò)展類的屬性，因?yàn)閮?nèi)置類在解釋器啟動(dòng)之后，就已經(jīng)初始化好了。至于擴(kuò)展類就是我們使用 Python/C API 編寫的擴(kuò)展模塊中的類，它和內(nèi)置類是等價(jià)的。

因此內(nèi)置類和使用 class 定義的類本質(zhì)上是一樣的，都是 PyTypeObject 對(duì)象，它們的類型在 Python 里面都是 type。但區(qū)別在于內(nèi)置類在底層是靜態(tài)初始化的，我們不能進(jìn)行屬性的動(dòng)態(tài)設(shè)置（通過 gc 模塊實(shí)現(xiàn)除外）。

但是為什么不可以對(duì)內(nèi)置類和擴(kuò)展類進(jìn)行屬性設(shè)置呢？首先我們要知道 Python 的動(dòng)態(tài)特性是虛擬機(jī)賜予的，而虛擬機(jī)的工作就是將 PyCodeObject 對(duì)象翻譯成 C 的代碼進(jìn)行執(zhí)行，所以 Python 的動(dòng)態(tài)特性就是在這一步發(fā)生的。

而內(nèi)置類在解釋器啟動(dòng)之后就已經(jīng)靜態(tài)初始化好了，直接指向 C 一級(jí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同理擴(kuò)展類也是如此。它們相當(dāng)于繞過了解釋執(zhí)行這一步，所以它們的屬性不可以動(dòng)態(tài)添加。

不光內(nèi)置的類本身，還有它的實(shí)例對(duì)象也是如此。

a = 123
print(hasattr(a, "__dict__"))  # False

我們看到它連自己的屬性字典都沒有，因?yàn)閮?nèi)置類對(duì)象的實(shí)例對(duì)象，內(nèi)部有哪些屬性，解釋器記得清清楚楚。它們?cè)诘讓佣家呀?jīng)寫死了，并且不允許修改，因此虛擬機(jī)完全沒有必要為其實(shí)現(xiàn)屬性字典（節(jié)省了內(nèi)存占用）。

“Python的對(duì)象模型是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識(shí)可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！