Python中的属性拦截与属性管理（__getattr__、__getattribute__、__setattr__、__delattr__）实战案例

1. 问题描述

在Python中，我们可以通过重写特殊方法（如__getattr__、__getattribute__、__setattr__、__delattr__）来拦截对象的属性访问、设置和删除操作。这些方法常用于实现动态属性、属性验证、惰性加载或代理模式。但它们的调用时机和用法容易混淆，需要通过实际案例加深理解。

2. 核心方法区分

1. __getattr__(self, name)

   • 触发条件：当访问不存在的属性时触发。
   • 常见用途：动态生成属性或实现降级策略（如默认值）。

2. __getattribute__(self, name)

   • 触发条件：访问任何属性时都会触发（包括存在的属性）。
   • 风险：若实现不当易导致递归调用（如内部需用super().__getattribute__）。

3. __setattr__(self, name, value)

   • 触发条件：设置属性时触发（包括初始化时的赋值）。
   • 注意：内部赋值需避免直接self.name = value（会递归），应使用super().__setattr__。

4. __delattr__(self, name)

   • 触发条件：删除属性时触发。

3. 实战案例：实现属性访问日志与自动类型验证

假设我们需要一个类，满足以下需求：

1. 记录所有属性的访问、设置和删除日志。
2. 对某些属性（如age）进行类型验证（必须为整数）。

步骤1：基础类结构

class LoggedClass:
    def __init__(self):
        # 避免递归，通过__dict__直接赋值
        self.__dict__["_attributes"] = {}
        self.__dict__["_validations"] = {"age": int}  # 需要类型验证的属性

    def _log(self, action, name, value=None):
        print(f"[LOG] {action} attribute '{name}': {value}")

步骤2：重写__setattr__实现类型验证与日志

def __setattr__(self, name, value):
    # 类型验证逻辑
    if name in self._validations:
        if not isinstance(value, self._validations[name]):
            raise TypeError(f"{name} must be {self._validations[name].__name__}")
    
    # 记录日志
    self._log("SET", name, value)
    
    # 实际存储属性（避免递归）
    super().__setattr__(name, value)  # 或 self._attributes[name] = value

步骤3：重写__getattribute__记录属性访问

def __getattribute__(self, name):
    # 先获取属性值（避免递归需用super）
    value = super().__getattribute__(name)
    
    # 记录访问日志（排除内置方法和日志方法本身）
    if not name.startswith("_"):
        self._log("GET", name, value)
    return value

步骤4：重写__getattr__处理不存在的属性

def __getattr__(self, name):
    # 动态返回默认值
    self._log("GET_MISSING", name, "DEFAULT_NONE")
    return None  # 或自定义逻辑（如惰性加载）

步骤5：重写__delattr__记录删除操作

def __delattr__(self, name):
    self._log("DEL", name)
    super().__delattr__(name)

4. 完整代码与测试

class LoggedClass:
    def __init__(self):
        self.__dict__["_attributes"] = {}
        self.__dict__["_validations"] = {"age": int}
    
    def _log(self, action, name, value=None):
        print(f"[LOG] {action} attribute '{name}': {value}")
    
    def __setattr__(self, name, value):
        if name in self._validations and not isinstance(value, self._validations[name]):
            raise TypeError(f"{name} must be {self._validations[name].__name__}")
        self._log("SET", name, value)
        super().__setattr__(name, value)
    
    def __getattribute__(self, name):
        value = super().__getattribute__(name)
        if not name.startswith("_"):
            self._log("GET", name, value)
        return value
    
    def __getattr__(self, name):
        self._log("GET_MISSING", name, "DEFAULT_NONE")
        return None
    
    def __delattr__(self, name):
        self._log("DEL", name)
        super().__delattr__(name)

# 测试
obj = LoggedClass()
obj.name = "Alice"  # 触发SET日志
obj.age = 30        # 正常赋值
print(obj.name)     # 触发GET日志
print(obj.salary)   # 触发GET_MISSING日志
del obj.name        # 触发DEL日志

5. 关键注意事项

1. 避免递归：在__getattribute__和__setattr__中，必须通过super()或直接操作__dict__来访问/设置属性。
2. 性能影响：频繁拦截属性操作可能降低性能，需谨慎使用。
3. 应用场景：动态代理（如ORM）、属性权限控制、调试工具等。

通过此案例，你可以掌握如何组合使用属性拦截方法，实现灵活的对象行为控制。