Python最會變魔術的魔術方法，我覺得是它！
在上篇文章中，我有一個核心的發現：Python 內置類型的特殊方法（含魔術方法與其它方法）由 C 語言獨立實現，在 Python 層面不存在調用關係。
但是，文中也提到了一個例外：一個非常神秘的魔術方法。
這個方法非常不起眼，用途狹窄，我幾乎從未注意過它，然而，當發現它可能是上述「定律」的唯一例外情況時，我認為值得再寫一篇文章來詳細審視一下它。
本文主要關注的問題有：
(1) __missing__()到底是何方神聖？
(2) __missing__()有什麼特別之處？擅長「大變活人」魔術？
(3) __missing__()是否真的是上述發現的例外？如果是的話，為什麼會有這種特例？
1、有點價值的__missing__()
從普通的字典中取值時，可能會出現 key 不存在的情況：
dd = {'name':'PythonCat'}
dd.get('age') # 結果：None
dd.get('age', 18) # 結果：18
dd['age'] # 報錯 KeyError
dd.__getitem__('age') # 等同於 dd['age']
對於 get() 方法，它是有返回值的，而且可以傳入第二個參數，作為 key 不存在時的返回內容，因此還可以接受。但是，另外兩種寫法都會報錯。
為了解決後兩種寫法的問題，就可以用到 __missing__() 魔術方法。
現在，假設我們有一個這樣的訴求：從字典中取某個 key 對應的 value，如果有值則返回值，如果沒有值則插入 key，並且給它一個默認值（例如一個空列表）。
如果用原生的 dict，並不太好實現，但是，Python 提供了一個非常好用的擴展類collections.defaultdict：
如圖所示，當取不存在的 key 時，沒有再報 KeyError，而是默認存入到字典中。
為什麼 defaultdict 可以做到這一點呢？
原因是 defaultdict 在繼承了內置類型 dict 之後，還定義了一個 __missing__() 方法，當 __getitem__取不存在的值時，它就會調用入參中傳入的工廠函數（上例是調用 list()，創建空列表）。
作為最典型的示例，defaultdict 在文檔注釋中寫到：
簡而言之，__missing__()的主要作用就是由__getitem__在缺失 key 時調用，從而避免出現 KeyError。
另外一個典型的使用例子是collections.Counter ，它也是 dict 的子類，在取未被統計的 key 時，返回計數 0：
2、神出鬼沒的__missing__()
由上可知，__missing__()在__getitem__()取不到值時會被調用，但是，我不經意間還發現了一個細節：__getitem__()在取不到值時，並不一定會調用__missing__()。
這是因為它並非內置類型的必要屬性，並沒有在字典基類中被預先定義。
如果你直接從 dict 類型中取該屬性值，會報屬性不存在：AttributeError: type object 'object' has no attribute '__missing__' 。
使用 dir() 查看，發現確實不存在該屬性：
如果從 dict 的父類即 object 中查看，也會發現同樣的結果。
這是怎麼回事呢？為什麼在 dict 和 object 中都沒有__missing__屬性呢？
然而，查閱最新的官方文檔，object 中分明包含這個屬性：
出處：//docs.python.org/3/reference/datamodel.html?highlight=__missing__#object.__missing__
也就是說，理論上 object 類中會預定義__missing__，其文檔證明了這一點，然而實際上它並沒有被定義！文檔與現實出現了偏差！
如此一來，當 dict 的子類（例如 defaultdict 和 Counter）在定義__missing__ 時，這個魔術方法事實上只屬於該子類，也就是說，它是一個誕生於子類中的魔術方法！
據此，我有一個不成熟的猜想：__getitem__()會判斷當前對象是否是 dict 的子類，且是否擁有__missing__()，然後才會去調用它（如果父類中也有該方法，則不會先作判斷，而是直接就調用了）。
我在交流群里說出了這個猜想，有同學很快在 CPython 源碼中找到驗證：
而這就有意思了，在內置類型的子類上才存在的魔術方法， 縱觀整個 Python 世界，恐怕再難以找出第二例。
我突然有一個聯想：這神出鬼沒的__missing__()，就像是一個擅長玩「大變活人」的魔術師，先讓觀眾在外面透過玻璃看到他（即官方文檔），然而揭開門時，他並不在裡面（即內置類型），再變換一下道具，他又完好無損就出現了（即 dict 的子類）。
3、被施魔法的__missing__()
__missing__() 的神奇之處，除了它本身會變「魔術」之外，它還需要一股強大的「魔法」才能驅動。
在上篇文章中，我發現原生的魔術方法間相互獨立，它們在 C 語言介面可能有相同的核心邏輯，但是在 Python 語言介面，卻並不存在著調用關係：
魔術方法的這種「老死不相往來」的表現，違背了一般的程式碼復用原則，也是導致內置類型的子類會出現某些奇怪表現的原因。
官方 Python 寧肯提供新的 UserString、UserList、UserDict 子類，也不願意復用魔術方法，唯一合理的解釋似乎是令魔術方法相互調用的代價太大。
但是，對於特例__missing__()，Python 卻不得不妥協，不得不付出這種代價！
__missing__() 是魔術方法的「二等公民 」，它沒有獨立的調用入口，只能被動地由 __getitem__() 調用，即__missing__() 依賴於__getitem__()。
不同於那些「一等公民 」，例如 __init__()、__enter__()、__len__()、__eq__() 等等，它們要麼是在對象生命周期或執行過程的某個節點被觸發，要麼由某個內置函數或操作符觸發，這些都是相對獨立的事件，無所依賴。
__missing__() 依賴於__getitem__()，才能實現方法調用；而 __getitem__() 也要依賴 __missing__()，才能實現完整功能。
為了實現這一點，__getitem__()在解釋器程式碼中開了個後門，從 C 語言介面折返回 Python 介面，去調用那個名為「__missing__」的特定方法。
而這就是真正的「魔法」了，目前為止，__missing__()似乎是唯一一個享受了此等待遇的魔術方法！
4、小結
Python 的字典提供了兩種取值的內置方法，即__getitem__() 和 get()，當取值不存在時，它們的處理策略是不一樣的：前者會報錯KeyError，而後者會返回 None。
為什麼 Python 要提供兩個不同的方法呢？或者應該問，為什麼 Python 要令這兩個方法做出不一樣的處理呢？
這可能有一個很複雜（也可能是很簡單）的解釋，本文暫不深究了。
不過有一點是可以確定的：即原生 dict 類型簡單粗暴地拋KeyError 的做法有所不足。
為了讓字典類型有更強大的表現（或者說讓__getitem__()作出 get() 那樣的表現），Python 讓字典的子類可以定義__missing__()，供__getitem__()查找調用。
本文梳理了__missing__()的實現原理，從而揭示出它並非是一個毫不起眼的存在，恰恰相反，它是唯一一個打破了魔術方法間壁壘，支援被其它魔術方法調用的特例！
Python 為了維持魔術方法的獨立性，不惜煞費苦心地引入了 UserString、UserList、UserDict 這些派生類，但是對於 __missing__()，它卻選擇了妥協。
本文揭示出了這個魔術方法的神秘之處，不知你讀後有何感想呢？歡迎留言討論。
