Python中的属性访问与描述符协议

描述
在Python中，属性访问（如obj.attr）看似简单，但底层涉及__getattribute__、__getattr__、描述符协议等机制。理解这些机制能帮助开发者掌控对象行为，避免隐蔽的bug。例如，为什么@property能实现计算属性？描述符如何拦截属性操作？这些是面试中考察对Python对象模型理解深度的关键点。

知识讲解

1. 基础属性访问流程
   当访问obj.attr时，Python按以下顺序查找属性：

   • 先检查attr是否为对象的类或父类中定义的描述符（即实现了__get__方法的类属性）。
   • 若未找到描述符，则在obj.__dict__中查找实例属性。
   • 若仍未找到，则继续在类的__dict__及父类链中查找类属性。
   • 若全部失败，触发__getattr__（如果定义）或抛出AttributeError。

2. 描述符协议的核心方法
   描述符是一个实现了以下任意方法的类：

   • __get__(self, obj, type=None) -> value：拦截属性读取。
   • __set__(self, obj, value) -> None：拦截属性赋值。
   • __delete__(self, obj) -> None：拦截属性删除。
     根据是否实现__set__，描述符分为：
   • 数据描述符（实现__set__）：优先级高于实例属性（如@property）。
   • 非数据描述符（仅实现__get__）：优先级低于实例属性（如类中定义的函数方法）。

3. @property装饰器的本质
   @property是一个内置的数据描述符。例如：

   class Circle:
       def __init__(self, radius):
           self.radius = radius
   
       @property
       def area(self):
           return 3.14 * self.radius ** 2
   

   • 当访问c.area时，property类的__get__方法被调用，动态计算值。
   • 因为property实现了__set__（默认禁止赋值），所以是数据描述符。即使实例有__dict__['area']，也优先调用描述符。

4. 自定义描述符的实战示例
   假设需要验证赋值的类型：

   class TypedDescriptor:
       def __init__(self, name, expected_type):
           self.name = name
           self.expected_type = expected_type
   
       def __get__(self, obj, objtype):
           if obj is None:
               return self  # 通过类访问时返回描述符本身
           return obj.__dict__.get(self.name)
   
       def __set__(self, obj, value):
           if not isinstance(value, self.expected_type):
               raise TypeError(f"Expected {self.expected_type}")
           obj.__dict__[self.name] = value  # 存储到实例字典
   
   class Person:
       name = TypedDescriptor("name", str)  # 类属性是描述符实例
       age = TypedDescriptor("age", int)
   
       def __init__(self, name, age):
           self.name = name  # 触发__set__
           self.age = age
   

   • 当执行p = Person("Alice", 30)时，self.name = name实际调用TypedDescriptor.__set__进行类型检查。
   • 读取p.name时，调用__get__从实例的__dict__返回值。

5. 描述符与__getattribute__的关系

   • 所有属性访问最终由object.__getattribute__方法处理，它内置了描述符协议逻辑。
   • 若重写__getattribute__，需手动调用super().__getattribute__()或处理描述符，否则会破坏协议。

总结
属性访问的底层机制体现了Python的“约定优于配置”哲学。描述符协议是高级特性（如ORM字段、属性校验）的基石。关键记忆点：数据描述符优先级最高，非数据描述符次之，最后是实例属性。