Python中的属性描述符（Property Descriptor）与数据验证实现

1. 描述符的基本概念
描述符是实现了特定协议（__get__、__set__、__delete__）的类，用于托管另一个类的属性访问。它允许在属性读写时插入自定义逻辑，常见于数据验证、类型检查、延迟计算等场景。描述符分为两类：

• 数据描述符：实现了__set__或__delete__。
• 非数据描述符：仅实现__get__。

2. 描述符协议方法详解

• __get__(self, instance, owner)：
  • instance是使用描述符的实例（若通过类访问则为None）。
  • owner是拥有该描述符的类。
• __set__(self, instance, value)：在属性赋值时触发。
• __delete__(self, instance)：在属性删除时触发。

3. 实现一个数据验证描述符
以下示例定义一个RangeValidator描述符，限制数值属性在指定范围内：

class RangeValidator:
    def __init__(self, min_val, max_val):
        self.min_val = min_val
        self.max_val = max_val
        self._name = None  # 存储托管属性的名称

    def __set_name__(self, owner, name):
        # Python 3.6+ 自动调用，获取属性名
        self._name = name

    def __get__(self, instance, owner):
        if instance is None:
            return self
        return instance.__dict__.get(self._name)

    def __set__(self, instance, value):
        if not (self.min_val <= value <= self.max_val):
            raise ValueError(f"{self._name} must be between {self.min_val} and {self.max_val}")
        instance.__dict__[self._name] = value  # 直接存储到实例的__dict__

class Product:
    price = RangeValidator(0, 10000)  # 描述符实例作为类属性
    quantity = RangeValidator(0, 100)

# 测试
p = Product()
p.price = 50  # 合法
p.price = 20000  # 抛出 ValueError

4. 描述符的优先级规则

• 数据描述符优先级高于实例属性：若类定义了数据描述符，实例无法通过同名属性覆盖。
• 非数据描述符优先级低于实例属性：若实例有同名属性，则忽略描述符的__get__。

5. 使用property简化描述符实现
对于单一属性的验证，可用内置的property装饰器：

class Product:
    def __init__(self):
        self._price = 0

    @property
    def price(self):
        return self._price

    @price.setter
    def price(self, value):
        if not (0 <= value <= 10000):
            raise ValueError("Price must be between 0 and 10000")
        self._price = value

property本质是一个预定义的数据描述符类。

6. 描述符在框架中的应用
ORM（如Django的模型字段）、数据类（如dataclasses）依赖描述符实现字段类型约束。例如：

# 模拟ORM字段描述符
class CharField:
    def __init__(self, max_length):
        self.max_length = max_length

    def __set__(self, instance, value):
        if not isinstance(value, str):
            raise TypeError("Expected a string")
        if len(value) > self.max_length:
            raise ValueError(f"Exceeds max length {self.max_length}")
        instance.__dict__[self._name] = value

    # __set_name__ 和 __get__ 省略...

7. 注意事项

• 描述符实例需作为类属性而非实例属性生效。
• 避免在__get__中直接返回self，否则实例访问时获取的是描述符对象而非数据。
• 使用__set_name__（Python 3.6+）可避免硬编码属性名。

通过描述符，Python实现了优雅的属性拦截机制，将数据验证逻辑与业务逻辑解耦，提升代码可维护性。