Practical Python：深入理解Python对象模型中的字典机制

Practical Python：深入理解Python对象模型中的字典机制

practical-python Practical Python Programming (course by @dabeaz) 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/pr/practical-python

前言

Python的对象系统是其核心特性之一，而理解其底层实现机制对于掌握Python编程至关重要。本文将带你深入探索Python对象模型背后的字典机制，这是Python语言设计中一个非常巧妙的部分。

字典基础回顾

字典是Python中最基础的数据结构之一，它存储键值对：

stock = {
    'name': 'GOOG',
    'shares': 100,
    'price': 490.1
}

字典不仅用于存储简单数据，更是Python解释器实现的核心组件之一。

模块与字典

在Python中，每个模块都有一个字典存储其全局变量和函数：

# foo.py
x = 42
def bar(): pass
def spam(): pass

模块的__dict__属性包含了这些内容：

{
    'x': 42,
    'bar': <function bar>,
    'spam': <function spam>
}

对象与字典

Python的对象系统实际上是在字典之上构建的一层抽象。每个实例都有一个私有字典__dict__存储其属性：

class Stock:
    def __init__(self, name, shares, price):
        self.name = name
        self.shares = shares
        self.price = price

s = Stock('GOOG', 100, 490.1)
s.__dict__  # {'name': 'GOOG', 'shares': 100, 'price': 490.1}

类与字典

类本身也有一个字典__dict__，存储类的方法和属性：

class Stock:
    def cost(self): return self.shares * self.price
    def sell(self, nshares): self.shares -= nshares

Stock.__dict__
# 包含'cost', 'sell'等方法

属性访问机制

当访问对象属性时，Python会：

1. 先在实例字典__dict__中查找
2. 如果找不到，再到类字典__dict__中查找
3. 通过__class__属性链接到类

继承与MRO

Python使用MRO（方法解析顺序）来处理继承关系：

class A: pass
class B(A): pass
class C(A): pass
class D(B, C): pass

D.__mro__  # 显示方法查找顺序

MRO使用C3线性化算法确定查找顺序，基本原则是：

• 子类优先于父类
• 多个父类按声明顺序查找

多重继承与Mixin模式

多重继承可以实现代码复用，Mixin模式是典型应用：

class Loud:
    def noise(self): return super().noise().upper()

class LoudDog(Loud, Dog): pass
class LoudBike(Loud, Bike): pass

为什么使用super()

super()会根据MRO动态确定下一个要调用的类，这在多重继承中尤为重要：

class Loud:
    def noise(self): return super().noise().upper()

实践练习

练习1：查看实例字典

创建Stock实例并检查其__dict__：

goog = Stock('GOOG', 100, 490.1)
goog.__dict__

练习2：修改实例数据

可以直接操作__dict__或使用点语法：

goog.date = '6/11/2007'  # 添加新属性
goog.__dict__['time'] = '9:45am'  # 直接操作字典

练习3：类变量的共享

类变量被所有实例共享：

Stock.foo = 42  # 添加类变量
goog.foo  # 所有实例都可访问

练习4：绑定方法

方法调用实际上是两步过程：

s = goog.sell  # 获取绑定方法
s(25)  # 调用方法

绑定方法包含函数和实例引用：

s.__func__  # 实际函数
s.__self__  # 实例引用

练习5：继承实践

创建子类并观察继承机制：

class NewStock(Stock):
    def yow(self): print('Yow!')

n = NewStock('ACME', 50, 123.45)
n.cost()  # 继承的方法

总结

Python的对象模型基于字典这一简单而强大的数据结构实现，这种设计既灵活又高效。理解这些底层机制不仅能帮助你更好地使用Python，还能在遇到复杂问题时提供清晰的解决思路。

记住，虽然可以直接操作__dict__，但在日常编码中应优先使用标准的点语法，这更符合Python的哲学。

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