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Python反射机制详解

Python编程 彭东稳 1579次浏览 已收录 0个评论

一、Python反射机制

Python反射,可以理解为利用字符串的形式去对象中操作成员属性和方法,常见操作就包括了查找、增加、删除、判断等,是一种基于字符串的事件驱动!

解释Python的反射,先提一个简单的需求。考虑有这么一个场景,根据用户输入的url的不同,调用不同的函数,实现不同的操作,也就是一个url路由器的功能,这在web框架里是核心部件之一。比如现在我有一个简易的网站,由两个文件组成,一个是具体执行操作的commons.py文件,一个是入口文件index.py,现在我需要在入口文件中设置,让用户输入url,根据用户输入的url去后端执行相应的操作,内容如下:

我们运行index.py,输入:index,页面结果如下:

上面我使用了if判断,根据每一个url请求去后端执行指定的函数。这就实现了一个简单的WEB路由功能,根据不同的url,执行不同的函数,获得不同的页面。那现在如果我的网站内容变多了,在commons.py中有100个页面操作,那么相对应的我在index.py中也要使用if else对这100个页面函数进行手动指定。显然这是不可能的!那么怎么破?这个时候Python反射特性就可以排上用场了。

仔细观察index.py中的代码,我们会发现用户输入的url字符串和相应调用的函数名好像!如果能用这个字符串直接调用函数就好了!但是,字符串是不能用来调用函数的。为了解决这个问题,Python为我们提供了反射的特性,这个需求就变得异常简单了,先不多解释,先看代码(commons.py保持文件不变,还是拿三个页面的操作举例):

可以看到Python的反射立了大功,使用这几行代码,可以应对commons.py文件中任意多个页面函数的调用!

接下来我们来详细介绍Python反射中用到的内建函数。

  • getattr()

先看下源码中的解释:

getattr()函数执行成功后会将参数中对象中的方法赋值给新的变量(会返回参数中指定的对象中的方法)相当于参数中的方法又多了一个栈区的变量去引用

getattr()函数的第一个参数需要是个对象,上面的例子中,我导入了自定义的commons模块,commons就是个对象;第二个参数是指定前面对象中的一个方法名称。getattr(x, 'y') 等价于执行了 x.y。假如第二个参数输入了前面对象中不存在的方法,该函数会抛出异常并退出。所以这个时候,为了程序的健壮性,我们需要先判断一下该对象中有没有这个方法,于是hasattr()函数登场了~~

  • hasattr()

还是先看下源码的解释:

hasattr()函数返回对象是否拥有指定名称的属性,简单的说就是检查在第一个参数的对象中,能否找到与第二参数名相同的方法。源码的解释还说,该函数的实现其实就是调用了getattr()函数,只不过它捕获了异常而已。所以通过这个函数,我们可以先去判断对象中有没有这个方法,有则使用getattr()来获取该方法。

  • delattr()

删除指定对象中的指定方法,特别提示:只是在本次运行程序的内存中将该方法删除,并没有影响到文件的内容。

执行结果如下:

  • setattr()

setattr()函数用来给指定对象中的方法重新赋值(将新的函数体/方法体赋值给指定的对象名)仅在本次程序运行的内存中生效。setattr(x, 'y', v) 等价于 x.y = v

我们运行以下,看一下结果:

Python的四个重要内置函数:getattr、hasattr、delattr和setattr较为全面的实现了基于字符串的反射机制。他们都是对内存内的模块进行操作,并不会对源文件进行修改。

二、动态模块导入

上面的例子是在某个特定的目录结构下才能正常实现的,也就是commons和index模块在同一目录下,并且所有的页面处理函数都在commons模块内。但在现实使用环境中,页面处理函数往往被分类放置在不同目录的不同模块中。比如,现在我又新增了一个account.py这个用户管理类的文件,也需要导入到首页以备调用。

这个时候,我的首页通过反射,只能指定commons模块的方法任意调用,现在新增了account模块,是不是我又要导入account模块并加入if去判断呢?显然不用这么麻烦!Python已经帮我们想到这一点了!最后搬出__import__这个大救星。__import__方法会根据字符串参数,动态的导入同名的模块。

由于模块的导入也需要使用Python反射的特性,所以模块名也要加入到url中,所以现在url请求变成了类似于commons/index的形式。

运行一下:

我们来分析一下上面的代码:

首先,我们并没有定义任何一行import语句。

其次,用户的输入inp被要求为类似“commons/index”这种格式,其实也就是模拟web框架里的url地址,斜杠左边指向模块名,右边指向模块中的成员名。

然后,m, f = inp.split(“/”)处理了用户输入,使我们获得的2个字符串,并分别保存在m和f变量里。

接下来,最关键的是obj = __import__(m)这一行,它让程序去导入了m这个变量保存的字符串同名的模块,并将它赋值给obj变量。

最后的调用中,getattr去m模块中调用func成员的含义和以前是一样的。

能体会到__import__的作用了吗,就是把字符串当做模块去导入。import 'sys' 和 import sys 是不一样的,不信你执行一下~~要想导入字符串'sys'只能通过__import__('sys')的方式导入。

同样的,这里也有个小瑕疵!如果我的项目进一步细化分工,现在又多了一层目录结构,如下所示:

connectdb.py有如下方法:

现在我想在index页面中调用lib包下connectdb模块中的方法,还是用之前的方式调用可以吗?我们想当然地会这么做:

改了这么一个地方:obj = __import__(“lib.” + modules),看起来似乎没什么问题,和import lib.commons的传统方法类似,但实际上运行的时候会有错误。

为什么呢?因为对于lib.xxx.xxx.xxx这一类的模块导入路径,__import__默认只会导入最开头的圆点左边的目录,也就是“lib”。你可以通过添加一个print(obj)来验证。

这个问题怎么解决呢?__import__函数中有一个fromlist参数,源码解释说,如果在一个包中导入一个模块,这个参数如果为空,则return这个包对象,如果这个参数不为空,则返回包下面指定的模块对象,于是做出如下修改:

再次运行:

成功了~~ 但是为了这次成功,我写死了lib前缀,相当于抛弃了commons和account两个导入的功能,所以以上代码并不完善,需求复杂后,还是需要对请求的url做一下判断。

如下正确执行方法:

基本上已经接近完美了,虽然重复代码量不高,但我们仍要有一颗消除重复代码的心,最终代码如下:

最后就是,如果万一用户输入错误的模块名呢?比如用户输入了common/index,由于实际上不存在common这个模块,必然会报错!那有没有类似上面hasattr内置函数这么个功能呢?答案是没有!碰到这种,你只能通过异常处理来解决。

三、思考

可能有人会问Python不是有两个内置函数exec和eval吗?他们同样能够执行字符串。比如:

那么直接使用它们不行吗?非要那么费劲地使用getattr,__import__干嘛?

其实,在上面的例子中,围绕的核心主题是如何利用字符串驱动不同的事件,比如导入模块、调用函数等等,这些都是python的反射机制,是一种编程方法、设计模式的体现,凝聚了高内聚、松耦合的编程思想,不能简单的用执行字符串来代替。当然,exec和eval也有它的舞台,在web框架里也经常被使用。

<参考>

http://www.cnblogs.com/Guido-admirers/p/6206212.html

https://docs.lvrui.io/2016/06/16/Python%E5%8F%8D%E5%B0%84%E8%AF%A6%E8%A7%A3/


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