Роман Сузи - Язык программирования Python

Разумеется, при «чистой» агрегации циклических ссылок не возникает.

Например, при представлении дерева ссылки могут идти от родителей к детям и обратно от каждого дочернего узла к родительскому.

Для обеспечения ассоциаций объектов без свойственных ссылкам проблем с возможностью образования циклических ссылок, в Python для сложных структур данных и других видов использования, при которых ссылки не должны мешать удалению объекта, предлагается механизм слабых ссылок. Такая ссылка не учитывается при подсчете ссылок на объект, а значит, объект удаляется с исчезновением последней «сильной» ссылки.

Для работы со слабыми ссылками применяется модуль weakref. Основные принципы его работы станут понятны из следующего примера:

>>> import weakref

>>>

>>> class MyClass(object):

... def __str__(self):

...  return "MyClass"

...

>>>

>>> s = MyClass() # создается экземпляр класса

>>> print s

MyClass

>>> s1 = weakref.proxy(s) # создается прокси–объект

>>> print s1      # прокси–объект работает как исходный

MyClass

>>> ss = weakref.ref(s)   # создается слабая ссылка на него

>>> print ss()    # вызовом ссылки получается исходный объект

MyClass

>>> del s         # удаляется единственная сильная ссылка на объект

>>> print ss()    # теперь исходного объекта не существует

None

>>> print s1

Traceback (most recent call last):

 File "<stdin>", line 1, in ?

ReferenceError: weakly–referenced object no longer exists

К сожалению, поведение прокси–объекта не совсем такое, как у исходного: он не может быть ключом словаря, так как является нехэшируемым.

Статический метод

Иногда необходимо использовать метод, принадлежащий классу, а не его экземпляру. В этом случае можно описать статический метод. До появления декораторов (до Python 2.4) определять статический метод приходилось следующим образом:

class A(object):

 def name():

  return A.__name__

 name = staticmethod(name)

print A.name()

a = A()

print a.name()

Статическому методу не передается параметр с экземпляром класса. Он ему попросту не нужен.

В Python 2.4 для применения описателей (descriptors) был придуман новый синтаксис — декораторы:

class A(object):

 @staticmethod

 def name():

  return A.__name__

Смысл декоратора в том, что он «пропускает» определяемую функцию (или метод) через заданную в нем функцию. Теперь писать name три раза не потребовалось. Декораторов может быть несколько, и применяются они в обратном порядке.

Метод класса

Если статический метод имеет свои аналоги в C++ и Java, то метод класса основан на том, что в Python классы являются объектами. В отличие от статического метода, в метод класса первым параметром передается объект–класс. Вместо self для подчеркивания принадлежности метода к методам класса принято использовать cls.

Пример использования метода класса можно найти в модуле tree пакета nltk (Natural Language ToolKit, набор инструментов для естественного языка). Ниже приведен лишь фрагмент определения класса Tree (базового класса для других подклассов). Метод convert класса Tree определяет процедуру преобразования дерева одного типа в дерево другого типа. Эта процедура абстрагируется от деталей реализации конкретных типов, описывая обобщенный алгоритм преобразования:

class Tree:

 # ...

 def convert(cls, val):

  if isinstance(val, Tree):

   children = [cls.convert(child) for child in val]

   return cls(val.node, children)

  else:

   return val

 convert = classmethod(convert)

Пример использования (взят из строки документации метода convert()):

>>> # Преобразовать tree в экземпляр класса Tree

>>> tree = Tree.convert(tree)

>>> # " " " " " ParentedTree

>>> tree = ParentedTree.convert(tree)

>>> # " " " " " MultiParentedTree

>>> tree = MultiParentedTree.convert(tree)

Метод класса позволяет более естественно описывать действия, которые связаны в основном с классами, а не с методами экземпляра класса.

Метаклассы

Еще одним отношением между классами является отношение класс–метакласс. Метакласс можно считать «высшим пилотажем» объектно–ориентированного программирования, но, к счастью, в Python можно создавать собственные метаклассы.

В Python класс тоже является объектом, поэтому ничего не мешает написать класс, назначением которого будет создание других классов динамически, во время выполнения программы.

Пример, в котором класс порождается динамически в функции–фабрике классов:

def cls_factory_f(func):

 class X(object):

  pass

 setattr(X, func.__name__, func)

 return X

Использование будет выглядеть так:

def my_method(self):

 print "self:", self

My_Class = cls_factory_f(my_method)

my_object = My_Class()

my_object.my_method()

В этом примере функция cls_factory_f() возвращает класс с единственным методом, в качестве которого используется функция, переданная ей как аргумент. От этого класса можно получить экземпляры, а затем у экземпляров — вызвать метод my_method.

Теперь можно задаться целью построить класс, экземплярами которого будут классы. Такой класс, от которого порождаются классы, и называется метаклассом.

В Python имеется класс type, который на деле является метаклассом. Вот как с помощью его конструктора можно создать класс:

def my_method(self):

 print "self:", self

My_Class = type('My_Class', (object,), {'my_method': my_method})

В качестве первого параметра type передается имя класса, второй параметр — базовые классы для данного класса, третий — атрибуты.

В результате получится класс, эквивалентный следующему:

class My_Class(object):

 def my_method(self):

  print "self:", self

Но самое интересное начинается при попытке составить собственный метакласс. Проще всего наследовать метакласс от метакласса type (пример взят из статьи Дэвида Мертца):

>>> class My_Type(type):

...  def __new__(cls, name, bases, dict):

...   print "Выделение памяти под класс", name

...   return type.__new__(cls, name, bases, dict)

...  def __init__(cls, name, bases, dict):

...   print "Инициализация класса", name

...   return super(My_Type, cls).__init__(cls, name, bases, dict)

...

>>> my = My_Type("X", (), {})

Выделение памяти под класс X

Инициализация класса X

В этом примере не происходит вмешательство в создание класса. Но в __new__() и __init__() имеется полный программный контроль над создаваемым классом в период выполнения.

Следует заметить, что в метаклассах принято называть первый аргумент методов не self, а cls, чтобы напомнить, что экземпляр, над которым работает программист, является не просто объектом, а классом.

Мультиметоды

Некоторые объектно–ориентированные «штучки» не входят в стандартный Python или стандартную библиотеку. Ниже будут рассмотрены мультиметоды — методы, сочетающие объекты сразу нескольких различных классов. Например, сложение двух чисел различных типов фактически требует использования мультиметода. Если «одиночный» метод достаточно задать для каждого класса, то мультиметод требует задания для каждого сочетания классов, которые он обслуживает:

>>> import operator

>>> operator.add(1, 2)

3

>>> operator.add(1.0, 2)

3.0

>>> operator.add(1, 2.0)

3.0

>>> operator.add(1, 1+2j)

(2+2j)

>>> operator.add(1+2j, 1)

(2+2j)

В этом примере operator.add ведет себя как мультиметод, выполняя разные действия для различных комбинаций параметров.

Для организации собственных мультиметодов можно воспользоваться модулем Multimethod (автор Neel Krishnaswami), который легко найти в Интернете. Следующий пример, адаптированный из документации модуля, показывает построение собственного мультиметода:

from Multimethod import Method, Generic, AmbiguousMethodError

# классы, для которых будет определен мультиметод

class A: pass

class B(A): pass

# функции мультиметода

def m1(a, b): return 'AA'

def m2(a, b): return 'AB'

def m3(a, b): return 'BA'

# определение мультиметода (без одной функции)