Python——编写类装饰器

编写类装饰器

类装饰器类似于函数装饰器的概念，但它应用于类，它们可以用于管理类自身，或者用来拦截实例创建调用以管理实例。

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单体类
由于类装饰器可以拦截实例创建调用，所以它们可以用来管理一个类的所有实例，或者扩展这些实例的接口。
下面的类装饰器实现了传统的单体编码模式，即最多只有一个类的一个实例存在。

instances = {} # 全局变量，管理实例
def getInstance(aClass, *args):
    if aClass not in instances:
        instances[aClass] = aClass(*args)
    return instances[aClass]     #每一个类只能存在一个实例

def singleton(aClass):
    def onCall(*args):
        return getInstance(aClass,*args)
    return onCall

为了使用它，装饰用来强化单体模型的类：

@singleton        # Person = singleton(Person)
class Person:
    def __init__(self,name,hours,rate):
        self.name = name
        self.hours = hours
        self.rate = rate
    def pay(self):
        return self.hours * self.rate

@singleton        # Spam = singleton(Spam)
class Spam:
    def __init__(self,val):
        self.attr = val
        
bob = Person('Bob',40,10)
print(bob.name,bob.pay())

sue = Person('Sue',50,20)
print(sue.name,sue.pay())

X = Spam(42)
Y = Spam(99)
print(X.attr,Y.attr)

现在，当Person或Spam类稍后用来创建一个实例的时候，装饰器提供的包装逻辑层把实例构建调用指向了onCall，它反过来调用getInstance，以针对每个类管理并分享一个单个实例，而不管进行了多少次构建调用。
程序输出如下：

Bob 400
Bob 400
42 42

在这里，我们使用全局的字典instances来保存实例，还有一个更好的解决方案就是使用Python3中的nonlocal关键字，它可以为每个类提供一个封闭的作用域，如下：

def singleton(aClass):
	instance = None
	def onCall(*args):
		nonlocal instance
		if instance == None:
			instance = aClass(*args)
		return instance
	return onCall

当然，我们也可以用类来编写这个装饰器——如下代码对每个类使用一个实例，而不是使用一个封闭作用域或全局表：

class singleton:
	def __init__(self,aClass):
		self.aClass = aClass
		self.instance = None
	def __call__(self,*args):
		if self.instance == None:
			self.instance = self.aClass(*args)
		return self.instance

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跟踪对象接口
类装饰器的另一个常用场景是每个产生实例的接口。类装饰器基本上可以在实例上安装一个包装器逻辑层，来以某种方式管理其对接口的访问。
前面，我们知道可以用__getattr__运算符重载方法作为包装嵌入到实例的整个对象接口的方法，以便实现委托编码模式。__getattr__用于拦截未定义的属性名的访问。如下例子所示：

class Wrapper:
	def __init__(self,obj):
		self.wrapped = obj
	def __getattr__(self,attrname):
		print('Trace:',attrname)
		return getattr(self.wrapped,attrname)

	
>>> x = Wrapper([1,2,3])
>>> x.append(4)
Trace: append
>>> x.wrapped
[1, 2, 3, 4]
>>>
>>> x = Wrapper({'a':1,'b':2})
>>> list(x.keys())
Trace: keys
['b', 'a']

在这段代码中，Wrapper类拦截了对任何包装对象的属性的访问，打印出一条跟踪信息，并且使用内置函数getattr来终止对包装对象的请求。

类装饰器为编写这种__getattr__技术来包装一个完整接口提供了一个替代的、方便的方法。如下：

def Tracer(aClass):
    class Wrapper:
        def __init__(self,*args,**kargs):
            self.fetches = 0
            self.wrapped = aClass(*args,**kargs)
        def __getattr__(self,attrname):
            print('Trace:'+attrname)
            self.fetches += 1
            return getattr(self.wrapped,attrname)
    return Wrapper

@Tracer
class Spam:
    def display(self):
        print('Spam!'*8)

@Tracer
class Person:
    def __init__(self,name,hours,rate):
        self.name = name
        self.hours = hours
        self.rate = rate
    def pay(self):
        return self.hours * self.rate

food = Spam()
food.display()
print([food.fetches])

bob = Person('Bob',40,50)
print(bob.name)
print(bob.pay())

print('')
sue = Person('Sue',rate=100,hours = 60)
print(sue.name)
print(sue.pay())

print(bob.name)
print(bob.pay())
print([bob.fetches,sue.fetches])

通过拦截实例创建调用，这里的类装饰器允许我们跟踪整个对象接口，例如，对其任何属性的访问。

Spam和Person类的实例上的属性获取都会调用Wrapper类中的__getattr__逻辑，由于food和bob确实都是Wrapper的实例，得益于装饰器的实例创建调用重定向，输出如下：

Trace:display
Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!Spam!
[1]
Trace:name
Bob
Trace:pay
2000

Trace:name
Sue
Trace:pay
6000
Trace:name
Bob
Trace:pay
2000
[4, 2]

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示例：实现私有属性
如下的类装饰器实现了一个用于类实例属性的Private声明，也就是说，属性存储在一个实例上，或者从其一个类继承而来。不接受从装饰的类的外部对这样的属性的获取和修改访问，但是，仍然允许类自身在其方法中自由地访问那些名称。类似于Java中的private属性。

traceMe = False
def trace(*args):
    if traceMe:
        print('['+ ' '.join(map(str,args))+ ']')

def Private(*privates):
    def onDecorator(aClass):
        class onInstance:
            def __init__(self,*args,**kargs):
                self.wrapped = aClass(*args,**kargs)
            def __getattr__(self,attr):
                trace('get:',attr)
                if attr in privates:
                    raise TypeError('private attribute fetch:'+attr)
                else:
                    return getattr(self.wrapped,attr)
            def __setattr__(self,attr,value):
                trace('set:',attr,value)
                if attr == 'wrapped': # 这里捕捉对wrapped的赋值
                    self.__dict__[attr] = value
                elif attr in privates:
                    raise TypeError('private attribute change:'+attr)
                else: # 这里捕捉对wrapped.attr的赋值
                    setattr(self.wrapped,attr,value)
        return onInstance
    return onDecorator

if __name__ == '__main__':
    traceMe = True

    @Private('data','size')
    class Doubler:
        def __init__(self,label,start):
            self.label = label
            self.data = start
        def size(self):
            return len(self.data)
        def double(self):
            for i in range(self.size()):
                self.data[i] = self.data[i] * 2
        def display(self):
            print('%s => %s'%(self.label,self.data))

    X = Doubler('X is',[1,2,3])
    Y = Doubler('Y is',[-10,-20,-30])

    print(X.label)
    X.display()
    X.double()
    X.display()

    print(Y.label)
    Y.display()
    Y.double()
    Y.label = 'Spam'
    Y.display()

    # 这些访问都会引发异常
    """
    print(X.size())
    print(X.data)

    X.data = [1,1,1]
    X.size = lambda S:0
    print(Y.data)
    print(Y.size())

这个示例运用了装饰器参数等语法，稍微有些复杂，运行结果如下：

[set: wrapped <__main__.Doubler object at 0x03421F10>]
[set: wrapped <__main__.Doubler object at 0x031B7470>]
[get: label]
X is
[get: display]
X is => [1, 2, 3]
[get: double]
[get: display]
X is => [2, 4, 6]
[get: label]
Y is
[get: display]
Y is => [-10, -20, -30]
[get: double]
[set: label Spam]
[get: display]
Spam => [-20, -40, -60]