未加星标

Python的 enum 模块源码分析

字体大小 | |
[开发(python) 所属分类 开发(python) | 发布者 店小二04 | 时间 2018 | 作者 红领巾 ] 0人收藏点击收藏
起步

上一篇 《python 的枚举类型》 文末说有机会的话可以看看它的源码。那就来读一读,看看枚举的几个重要的特性是如何实现的。

要想阅读这部分,需要对元类编程有所了解。

成员名不允许重复

这部分我的第一个想法是去控制 __dict__ 中的 key 。但这样的方式并不好, __dict__ 范围大,它包含该类的所有属性和方法。而不单单是枚举的命名空间。我在源码中发现 enum 使用另一个方法。通过 __prepare__ 魔术方法可以返回一个类字典实例,在该实例 使用 __prepare__ 魔术方法自定义命名空间,在该空间内限定成员名不允许重复。

# 自己实现 class _Dict(dict): def __setitem__(self, key, value): if key in self: raise TypeError('Attempted to reuse key: %r' % key) super().__setitem__(key, value) class MyMeta(type): @classmethod def __prepare__(metacls, name, bases): d = _Dict() return d class Enum(metaclass=MyMeta): pass class Color(Enum): red = 1 red = 1 # TypeError: Attempted to reuse key: 'red'

再看看 Enum 模块的具体实现:

class _EnumDict(dict): def __init__(self): super().__init__() self._member_names = [] ... def __setitem__(self, key, value): ... elif key in self._member_names: # descriptor overwriting an enum? raise TypeError('Attempted to reuse key: %r' % key) ... self._member_names.append(key) super().__setitem__(key, value) class EnumMeta(type): @classmethod def __prepare__(metacls, cls, bases): enum_dict = _EnumDict() ... return enum_dict class Enum(metaclass=EnumMeta): ...

模块中的 _EnumDict 创建了 _member_names 列表来存储成员名,这是因为不是所有的命名空间内的成员都是枚举的成员。比如 __str__ , __new__ 等魔术方法就不是了,所以这边的 __setitem__ 需要做一些过滤:

def __setitem__(self, key, value): if _is_sunder(key): # 下划线开头和结尾的,如 _order__ raise ValueError('_names_ are reserved for future Enum use') elif _is_dunder(key): # 双下划线结尾的, 如 __new__ if key == '__order__': key = '_order_' elif key in self._member_names: # 重复定义的 key raise TypeError('Attempted to reuse key: %r' % key) elif not _is_descriptor(value): # value得不是描述符 self._member_names.append(key) self._last_values.append(value) super().__setitem__(key, value)

模块考虑的会更全面。

每个成员都有名称属性和值属性

上述的代码中, Color.red 取得的值是 1。而 eumu 模块中,定义的枚举类中,每个成员都是有名称和属性值的;并且细心的话还会发现 Color.red 是 Color 的示例。这样的情况是如何来实现的呢。

还是用元类来完成,在元类的 __new__ 中实现,具体的思路是,先创建目标类,然后为每个成员都创建一样的类,再通过 setattr 的方式将后续的类作为属性添加到目标类中,伪代码如下:

def __new__(metacls, cls, bases, classdict): __new__ = cls.__new__ # 创建枚举类 enum_class = super().__new__() # 每个成员都是cls的示例,通过setattr注入到目标类中 for name, value in cls.members.items(): member = super().__new__() member.name = name member.value = value setattr(enum_class, name, member) return enum_class

来看下一个可运行的demo:

class _Dict(dict): def __init__(self): super().__init__() self._member_names = [] def __setitem__(self, key, value): if key in self: raise TypeError('Attempted to reuse key: %r' % key) if not key.startswith("_"): self._member_names.append(key) super().__setitem__(key, value) class MyMeta(type): @classmethod def __prepare__(metacls, name, bases): d = _Dict() return d def __new__(metacls, cls, bases, classdict): __new__ = bases[0].__new__ if bases else object.__new__ # 创建枚举类 enum_class = super().__new__(metacls, cls, bases, classdict) # 创建成员 for member_name in classdict._member_names: value = classdict[member_name] enum_member = __new__(enum_class) enum_member.name = member_name enum_member.value = value setattr(enum_class, member_name, enum_member) return enum_class class MyEnum(metaclass=MyMeta): pass class Color(MyEnum): red = 1 blue = 2 def __str__(self): return "%s.%s" % (self.__class__.__name__, self.name) print(Color.red) # Color.red print(Color.red.name) # red print(Color.red.value) # 1

enum 模块在让每个成员都有名称和值的属性的实现思路是一样的(代码我就不贴了)。 EnumMeta.__new__ 是该模块的重点,几乎所有枚举的特性都在这个函数实现。

当成员值相同时,第二个成员是第一个成员的别名

从这节开始就不再使用自己实现的类的说明了,而是通过拆解 enum 模块的代码来说明其实现了,从模块的使用特性中可以知道,如果成员值相同,后者会是前者的一个别名:

from enum import Enum class Color(Enum): red = 1 _red = 1 print(Color.red is Color._red) # True

从这可以知道,red和_red是同一对象。这又要怎么实现呢?

元类会为枚举类创建 _member_map_ 属性来存储成员名与成员的映射关系,如果发现创建的成员的值已经在映射关系中了,就会用映射表中的对象来取代:

class EnumMeta(type): def __new__(metacls, cls, bases, classdict): ... # create our new Enum type enum_class = super().__new__(metacls, cls, bases, classdict) enum_class._member_names_ = [] # names in definition order enum_class._member_map_ = OrderedDict() # name->value map for member_name in classdict._member_names: enum_member = __new__(enum_class) # If another member with the same value was already defined, the # new member becomes an alias to the existing one. for name, canonical_member in enum_class._member_map_.items(): if canonical_member._value_ == enum_member._value_: enum_member = canonical_member # 取代 break else: # Aliases don't appear in member names (only in __members__). enum_class._member_names_.append(member_name) # 新成员,添加到_member_names_中 enum_class._member_map_[member_name] = enum_member ...

从代码上来看,即使是成员值相同,还是会先为他们都创建对象,不过后创建的很快就会被垃圾回收掉了(我认为这边是有优化空间的)。通过与 _member_map_ 映射表做对比,用以创建该成员值的成员取代后续,但两者成员名都会在 _member_map_ 中,如例子中的 red 和 _red 都在该字典,但他们指向的是同一个对象。

属性 _member_names_ 只会记录第一个,这将会与枚举的迭代有关。

可以通过成员值来获取成员 print(Color['red']) # Color.red 通过成员名来获取成员 print(Color(1)) # Color.red 通过成员值来获取成员

枚举类中的成员都是单例模式,元类创建的枚举类中还维护了值到成员的映射关系 _value2member_map_ :

class EnumMeta(type): def __new__(metacls, cls, bases, classdict): ... # create our new Enum type enum_class = super().__new__(metacls, cls, bases, classdict) enum_class._value2member_map_ = {} for member_name in classdict._member_names: value = enum_members[member_name] enum_member = __new__(enum_class) enum_class._value2member_map_[value] = enum_member ...

然后在 Enum 的 __new__ 返回该单例即可:

class Enum(metaclass=EnumMeta): def __new__(cls, value): if type(value) is cls: return value # 尝试从 _value2member_map_ 获取 try: if value in cls._value2member_map_: return cls._value2member_map_[value] except TypeError: # 从 _member_map_ 映射获取 for member in cls._member_map_.values(): if member._value_ == value: return member raise ValueError("%r is not a valid %s" % (value, cls.__name__)) 迭代的方式遍历成员

枚举类支持迭代的方式遍历成员,按定义的顺序,如果有值重复的成员,只获取重复的第一个成员。对于重复的成员值只获取第一个成员,正好属性 _member_names_ 只会记录第一个:

class Enum(metaclass=EnumMeta): def __iter__(cls): return (cls._member_map_[name] for name in cls._member_names_) 总结

enum 模块的核心特性的实现思路就是这样,几乎都是通过元类黑魔法来实现的。对于成员之间不能做比较大小但可以做等值比较。这反而不需要讲,这其实继承自 object 就是这样的,不用额外做什么就有的“特性”了。

总之,enum 模块相对独立,且代码量不多,对于想知道元类编程可以阅读一下,教科书式教学,还有单例模式等,值得一读。

本文开发(python)相关术语:python基础教程 python多线程 web开发工程师 软件开发工程师 软件开发流程

代码区博客精选文章
分页:12
转载请注明
本文标题:Python的 enum 模块源码分析
本站链接:https://www.codesec.net/view/621215.html


1.凡CodeSecTeam转载的文章,均出自其它媒体或其他官网介绍,目的在于传递更多的信息,并不代表本站赞同其观点和其真实性负责;
2.转载的文章仅代表原创作者观点,与本站无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,本站对该文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性,不作出任何保证或承若;
3.如本站转载稿涉及版权等问题,请作者及时联系本站,我们会及时处理。
登录后可拥有收藏文章、关注作者等权限...
技术大类 技术大类 | 开发(python) | 评论(0) | 阅读(42)