Python——编写类装饰器

编写类装饰器

类装饰器类似于函数装饰器的概念，但它应用于类，它们可以用于管理类自身，或者用来拦截实例创建调用以管理实例。

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单体类 由于类装饰器可以拦截实例创建调用，所以它们可以用来管理一个类的所有实例，或者扩展这些实例的接口。 下面的类装饰器实现了传统的单体编码模式，即最多只有一个类的一个实例存在。 

instances = {} # 全局变量，管理实例  def getInstance(aClass, *args):      if aClass not in instances:          instances[aClass] = aClass(*args)      return instances[aClass]     #每一个类只能存在一个实例    def singleton(aClass):      def onCall(*args):          return getInstance(aClass,*args)      return onCall

为了使用它，装饰用来强化单体模型的类： 

@singleton        # Person = singleton(Person)  class Person:      def __init__(self,name,hours,rate):          self.name = name          self.hours = hours          self.rate = rate      def pay(self):          return self.hours * self.rate    @singleton        # Spam = singleton(Spam)  class Spam:      def __init__(self,val):          self.attr = val    bob = Person('Bob',40,10)  print(bob.name,bob.pay())    sue = Person('Sue',50,20)  print(sue.name,sue.pay())    X = Spam(42)  Y = Spam(99)  print(X.attr,Y.attr)

现在，当Person或Spam类稍后用来创建一个实例的时候，装饰器提供的包装逻辑层把实例构建调用指向了onCall，它反过来调用getInstance，以针对每个类管理并分享一个单个实例，而不管进行了多少次构建调用。 程序输出如下： 

Bob 400  Bob 400  42 42

在这里，我们使用全局的字典instances来保存实例，还有一个更好的解决方案就是使用Python3中的nonlocal关键字，它可以为每个类提供一个封闭的作用域，如下： 

def singleton(aClass):  	instance = None  	def onCall(*args):  		nonlocal instance  		if instance == None:  			instance = aClass(*args)  		return instance  	return onCall

当然，我们也可以用类来编写这个装饰器——如下代码对每个类使用一个实例，而不是使用一个封闭作用域或全局表： 

class singleton:  	def __init__(self,aClass):  		self.aClass = aClass  		self.instance = None  	def __call__(self,*args):  		if self.instance == None:  			self.instance = self.aClass(*args)  		return self.instance

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跟踪对象接口 类装饰器的另一个常用场景是每个产生实例的接口。类装饰器基本上可以在实例上安装一个包装器逻辑层，来以某种方式管理其对接口的访问。 前面，我们知道可以用__getattr__运算符重载方法作为包装嵌入到实例的整个对象接口的方法，以便实现委托编码模式。__getattr__用于拦截未定义的属性名的访问。如下例子所示： 

class Wrapper:  	def __init__(self,obj):  		self.wrapped = obj  	def __getattr__(self,attrname):  		print('Trace:',attrname)  		return getattr(self.wrapped,attrname)      >>> x = Wrapper([1,2,3])  >>> x.append(4)  Trace: append  >>> x.wrapped  [1, 2, 3, 4]  >>>  >>> x = Wrapper({'a':1,'b':2})  >>> list(x.keys())  Trace: keys  ['b', 'a']

在这段代码中，Wrapper类拦截了对任何包装对象的属性的访问，打印出一条跟踪信息，并且使用内置函数getattr来终止对包装对象的请求。 类装饰器为编写这种__getattr__技术来包装一个完整接口提供了一个替代的、方便的方法。如下： 

def Tracer(aClass):      class Wrapper:          def __init__(self,*args,**kargs):              self.fetches = 0              self.wrapped = aClass(*args,**kargs)          def __getattr__(self,attrname):              print('Trace:'+attrname)              self.fetches += 1              return getattr(self.wrapped,attrname)      return Wrapper    @Tracer  class Spam:      def display(self):          print('Spam!'*8)    @Tracer  class Person:      def __init__(self,name,hours,rate):          self.name = name          self.hours = hours          self.rate = rate      def pay(self):          return self.hours * self.rate    food = Spam()  food.display()  print([food.fetches])    bob = Person('Bob',40,50)  print(bob.name)  print(bob.pay())    print('')  sue = Person('Sue',rate=100,hours = 60)  print(sue.name)  print(sue.pay())    print(bob.name)  print(bob.pay())  print([bob.fetches,sue.fetches])

通过拦截实例创建调用，这里的类装饰器允许我们跟踪整个对象接口，例如，对其任何属性的访问。 Spam和Person类的实例上的属性获取都会调用Wrapper类中的__getattr__逻辑，由于food和bob确实都是Wrapper的实例，得益于装饰器的实例创建调用重定向，输出如下： 

Trace:display  Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!  [1]  Trace:name  Bob  Trace:pay  2000    Trace:name  Sue  Trace:pay  6000  Trace:name  Bob  Trace:pay  2000  [4, 2]

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示例：实现私有属性 如下的类装饰器实现了一个用于类实例属性的Private声明，也就是说，属性存储在一个实例上，或者从其一个类继承而来。不接受从装饰的类的外部对这样的属性的获取和修改访问，但是，仍然允许类自身在其方法中自由地访问那些名称。类似于Java中的private属性。 

traceMe = False  def trace(*args):      if traceMe:          print('['+ ' '.join(map(str,args))+ ']')    def Private(*privates):      def onDecorator(aClass):          class onInstance:              def __init__(self,*args,**kargs):                  self.wrapped = aClass(*args,**kargs)              def __getattr__(self,attr):                  trace('get:',attr)                  if attr in privates:                      raise TypeError('private attribute fetch:'+attr)                  else:                      return getattr(self.wrapped,attr)              def __setattr__(self,attr,value):                  trace('set:',attr,value)                  if attr == 'wrapped': # 这里捕捉对wrapped的赋值                      self.__dict__[attr] = value                  elif attr in privates:                      raise TypeError('private attribute change:'+attr)                  else: # 这里捕捉对wrapped.attr的赋值                      setattr(self.wrapped,attr,value)          return onInstance      return onDecorator    if __name__ == '__main__':      traceMe = True        @Private('data','size')      class Doubler:          def __init__(self,label,start):              self.label = label              self.data = start          def size(self):              return len(self.data)          def double(self):              for i in range(self.size()):                  self.data[i] = self.data[i] * 2          def display(self):              print('%s => %s'%(self.label,self.data))        X = Doubler('X is',[1,2,3])      Y = Doubler('Y is',[-10,-20,-30])        print(X.label)      X.display()      X.double()      X.display()        print(Y.label)      Y.display()      Y.double()      Y.label = 'Spam'      Y.display()        # 这些访问都会引发异常      """      print(X.size())      print(X.data)        X.data = [1,1,1]      X.size = lambda S:0      print(Y.data)      print(Y.size())

这个示例运用了装饰器参数等语法，稍微有些复杂，运行结果如下： 

[set: wrapped <__main__.Doubler object at 0x03421F10>]  [set: wrapped <__main__.Doubler object at 0x031B7470>]  [get: label]  X is  [get: display]  X is => [1, 2, 3]  [get: double]  [get: display]  X is => [2, 4, 6]  [get: label]  Y is  [get: display]  Y is => [-10, -20, -30]  [get: double]  [set: label Spam]  [get: display]  Spam => [-20, -40, -60]

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