Python中的描述符协议与Python属性（property）实现原理

知识点描述
描述符是Python底层属性访问控制的核心协议，而@property装饰器是基于描述符协议实现的高级API。理解property如何利用描述符协议，可以帮助我们掌握属性管理的本质，并灵活定制属性行为。

解题/讲解过程
我们将分四步探究property如何通过描述符协议工作：

1. 回顾描述符协议的基础
描述符是实现了__get__、__set__、__delete__中至少一个方法的类。当一个描述符实例作为另一个类的类属性时，Python在属性访问时会触发描述符方法：

class Descriptor:
    def __get__(self, obj, objtype=None):
        print("调用描述符的 __get__")
        return 42

class MyClass:
    attr = Descriptor()  # 类属性是描述符实例

obj = MyClass()
print(obj.attr)  # 输出: 调用描述符的 __get__\n42

这里访问obj.attr时，实际调用的是Descriptor.__get__()。

2. property装饰器的简化实现
property本质是一个实现了完整描述符协议（__get__、__set__、__delete__）的类：

class myproperty:  # 模拟property的简化版本
    def __init__(self, fget=None, fset=None, fdel=None):
        self.fget = fget
        self.fset = fset
        self.fdel = fdel
    
    def __get__(self, obj, objtype=None):
        if obj is None:  # 通过类访问时返回描述符自身
            return self
        if self.fget is None:
            raise AttributeError("不可读")
        return self.fget(obj)  # 调用用户定义的getter函数
    
    def __set__(self, obj, value):
        if self.fset is None:
            raise AttributeError("不可写")
        self.fset(obj, value)  # 调用用户定义的setter函数
    
    def __delete__(self, obj):
        if self.fdel is None:
            raise AttributeError("不可删除")
        self.fdel(obj)
    
    def setter(self, func):  # 支持setter装饰器
        self.fset = func
        return self
    
    def deleter(self, func):  # 支持deleter装饰器
        self.fdel = func
        return self

# 使用示例
class Temperature:
    def __init__(self, celsius=0):
        self._celsius = celsius
    
    @myproperty
    def celsius(self):  # 等同于 celsius = myproperty(celsius)
        return self._celsius
    
    @celsius.setter
    def celsius(self, value):
        if value < -273.15:
            raise ValueError("温度不能低于绝对零度")
        self._celsius = value

temp = Temperature(25)
print(temp.celsius)  # 调用myproperty.__get__ -> 原始celsius方法
temp.celsius = 30   # 调用myproperty.__set__ -> setter修饰的方法

3. 完整property的工作原理分解
当Python解释器遇到@property时：

1. 装饰阶段：@property将getter函数转换为描述符实例

   class MyClass:
       @property
       def x(self):
           return self._x
   
   # 等价于：
   def x_getter(self):
       return self._x
   x = property(x_getter)  # 创建描述符实例，x现在是类属性
   

2. setter链式调用：@x.setter并不创建新描述符，而是修改现有描述符：

   @x.setter
   def x(self, value):
       self._x = value
   
   # 等价于：
   def x_setter(self, value):
       self._x = value
   x = x.setter(x_setter)  # 修改原描述符的fset
   

3. 属性访问时的调用链：
   • obj.x → 触发property.__get__(obj, type(obj)) → 调用原始getter函数
   • obj.x = 5 → 触发property.__set__(obj, 5) → 调用setter装饰的函数
   • del obj.x → 触发property.__delete__(obj) → 调用deleter装饰的函数

4. property与描述符协议的关联
property本质上是一个数据描述符（实现了__get__和__set__），这解释了为什么property优先级高于实例字典：

class Example:
    @property
    def data(self):
        return "property返回值"
    
obj = Example()
obj.__dict__["data"] = "实例字典值"  # 在实例字典中存储同名属性
print(obj.data)  # 输出: property返回值

由于数据描述符优先级高于实例字典，所以即使实例字典有data键，仍然优先调用property的__get__方法。

总结
@property装饰器是描述符协议的最佳实践封装，它将函数转换为描述符实例，通过__get__/__set__/__delete__方法转发到用户定义的函数。这种设计让属性控制逻辑与数据存储分离，提供了清晰的接口封装，同时保持描述符协议的灵活性。