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5.2 类和封装

创建类时，通常会尝试将类的内部细节进行封装。本节介绍 Python 编程中有关封装的习惯用法（包括私有变量和私有属性）。

Public vs Private

虽然类的主要作用之一是封装对象的属性和内部实现细节。但是，类还定义了外界用来操作该对象的公有接口（public interface）。实现细节与公有接口之间的区别很重要。

问题

在 Python 中，几乎所有与类和对象有关的东西都是*开放（open）*的。

可以轻松地查看对象的内部细节。
可以随意地修改。
没有访问控制的概念（例如：私有类成员）。

如何隔离内部实现的细节，这是一个问题。

Python 封装

Python 依赖编程约定来指示某些东西的用途。这就约定基于命名。有一种普遍的态度是，程序员应该遵守规则，而不是让语言来强制执行规则。

私有属性

以下划线

开头的任何属性被认为是私有的（private）。

class Person(object):def __init__(self, name):self._name = 0

如前所述，这这是一种编程风格。你仍然可以对这些私有属性进行访问和修改。

>>> p = Person(\'Guido\')>>> p._name\'Guido\'>>> p._name = \'Dave\'>>>

一般来说，一个以下划线

开头的名称被认为是内部实现，无论该名称是变量名、函数名还是模块名。如果你发现自己直接使用这些名称，那么你可能在做一些错误的事情。你应该寻找更高级的功能。

简单属性

考虑下面这个类：

class Stock:def __init__(self, name, shares, price):self.name = nameself.shares = sharesself.price = price

这里有一个让人惊讶的特性，你可以给属性设置任何值：

>>> s = Stock(\'IBM\', 50, 91.1)>>> s.shares = 100>>> s.shares = "hundred">>> s.shares = [1, 0, 0]>>>

你可能会想要对此进行检查（译注：例如

shares

表示的是股份数目，值应该是整数。所以给

shares

赋值时应该对值进行检查。如果检查发现给

shares

赋的值不是整数，那么应该触发一个

TypeError

异常）：

s.shares = \'50\'     # Raise a TypeError, this is a string

这时候你会怎么做？

托管属性

方法一：引进访问方法（accessor methods）。

class Stock:def __init__(self, name, shares, price):self.name = nameself.set_shares(shares)self.price = price# Function that layers the "get" operationdef get_shares(self):return self._shares# Function that layers the "set" operationdef set_shares(self, value):if not isinstance(value, int):raise TypeError(\'Expected an int\')self._shares = value

糟糕的是，这破坏了我们的已有代码。例如：之前是通过

s.shares = 50

给

shares

赋值的，那么现在就要改成

s.set_shares(50)

给

shares

赋值，这很不好。

特征属性（Properties）

方法二：

class Stock:def __init__(self, name, shares, price):self.name = nameself.shares = sharesself.price = price@propertydef shares(self):return self._shares@shares.setterdef shares(self, value):if not isinstance(value, int):raise TypeError(\'Expected int\')self._shares = value

现在，普通属性（normal attribute）的访问触发了

@property

和

@shares.setter

下的 getter 方法和 setter 方法。

>>> s = Stock(\'IBM\', 50, 91.1)>>> s.shares         # Triggers @property50>>> s.shares = 75    # Triggers @shares.setter>>>

使用该方法，不需要对源代码做任何修改。在类内（包括在

__init__()

方法内）有赋值的时候，直接调用新的 setter：

class Stock:def __init__(self, name, shares, price):...# This assignment calls the setter belowself.shares = shares......@shares.setterdef shares(self, value):if not isinstance(value, int):raise TypeError(\'Expected int\')self._shares = value

特征属性和私有名称（ private names）的使用之间经常会出现混淆。尽管特征属性内部使用的是私有名称，如

_shares

。类的其它地方（不是特征属性），仍可以继续使用诸如

shares

这样的名称。

特征属性对于计算数据属性也非常有用。

class Stock:def __init__(self, name, shares, price):self.name = nameself.shares = sharesself.price = price@propertydef cost(self):return self.shares * self.price...

这允许你删除 cost 后面的括号，隐藏 cost 是一个方法的事实：

>>> s = Stock(\'GOOG\', 100, 490.1)>>> s.shares # Instance variable100>>> s.cost   # Computed Value49010.0>>>

统一访问

最后一个例子展示了如何在对象上放置一个更加统一的接口。如果不这样做，对象使用起来可能会令人困惑。

>>> s = Stock(\'GOOG\', 100, 490.1)>>> a = s.cost() # Method49010.0>>> b = s.shares # Data attribute100>>>

为什么 cost 后面需要加上括号

()

，但是 shares 却不需要？特征属性可以解决这个问题。

装饰器语法

语法称为“装饰（decoration）”。它指定了一个修饰符（modifier），应用于紧接其后的函数定义：

...@propertydef cost(self):return self.shares * self.price

更多细节在第 7 节中给到。

插槽属性（

__slots__

）

你可以使用

__slots__

限制属性名称集：

class Stock:__slots__ = (\'name\',\'_shares\',\'price\')def __init__(self, name, shares, price):self.name = name...

使用其它属性时，将会触发错误：

>>> s.price = 385.15>>> s.prices = 410.2Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in ?AttributeError: \'Stock\' object has no attribute \'prices\'

管这样可以防止错误和限制对象的使用，但实际上使用

__slots__

是为了提高性能，提高 Python 利用内存的效率。

关于封装的最终说明

不要滥用私有属性（private attributes），特征属性（properties），插槽属性（slots）等。它们有特殊的用途，你在阅读其它 Python 代码时可能会看到。但是，对于大多数日常编码而言，它们不是必需的。

练习

练习 5.6：简单特征属性

使用特征属性是一种非常有用的给对象添加“计算属性”的方式。虽然你在

stock.py

文件中创建了

Stock

对象，但是请注意，在

Stock

对象上，对于不同类型的属性，获取方式稍微有点不同。

>>> from stock import Stock>>> s = Stock(\'GOOG\', 100, 490.1)>>> s.shares100>>> s.price490.1>>> s.cost()49010.0>>>

具体来说，

cost

后面之所以要添加括号，是因为

cost

是一个方法。

如果你想去掉

cost()

的括号，那么可以把该方法转为一个特征属性。请修改

Stock

类，使其像下面这样计算所持有股票的总价:

>>> ================================ RESTART ================================>>> from stock import Stock>>> s = Stock(\'GOOG\', 100, 490.1)>>> s.cost49010.0>>>

尝试将

cost

作为方法调用（

s.cost()

），你会发现，现在已经被定义为特征属性的

cost

无法作为方法被调用。

>>> s.cost()... fails ...>>>

这些更改很可能会破坏你之前的

pcost.py

程序，所以，你可能需要返回到

pcost.py

中去掉

cost()

方法后面的括号

()

。

练习 5.7：特征属性和 Setters

请修改

shares

属性，以便将该值存储在私有属性中，并且使用属性函数（property functions）确保赋给

shares

的值总是整数。预期行为示例：

>>> ================================ RESTART ================================>>> from stock import Stock>>> s = Stock(\'GOOG\',100,490.10)>>> s.shares = 50>>> s.shares = \'a lot\'Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module>TypeError: expected an integer>>>

练习 5.8：添加插槽属性（slots）

请修改

Stock

类，以便

Stock

类拥有一个

__slots__

属性。然后确认无法添加新属性:

>>> ================================ RESTART ================================>>> from stock import Stock>>> s = Stock(\'GOOG\', 100, 490.10)>>> s.name\'GOOG\'>>> s.blah = 42... see what happens ...>>>

使用

__slots__

时，Python 使用更高效的对象内部表示。如果你尝试查看实例

的底层字典会发生什么？

>>> s.__dict__... see what happens ...>>>

应当指出，

__slots__

作为数据结构是类中最常用的一种优化。使用插槽属性使程序占用更少的内存，运行更快。但是，在其它大多数类中，你应该尽可能避免使用

__slots__

。