2011年1月TIOBE編程語言排行榜近日出爐，Python贏得2010年度語言的桂冠。Python作為一種標準化的系統(tǒng)腳本語言，同時也被廣泛的應(yīng)用在其他更多領(lǐng)域內(nèi)。Python結(jié)合Django框架是Web開發(fā)者的***。因為Python的方便，越來越多的大學(xué)開始使用Python來教學(xué)。

     首先通過一個例子來看一下本文中可能用到的對象和相關(guān)概念。

　　有時候我們會碰到這樣的需求，需要執(zhí)行對象的某個方法，或是需要對對象的某個字段賦值，而方法名或是字段名在編碼代碼時并不能確定，需要通過參數(shù)傳遞字符串的形式輸入。舉個具體的例子：當(dāng)我們需要實現(xiàn)一個通用的DBM框架時，可能需要對數(shù)據(jù)對象的字段賦值，但我們無法預(yù)知用到這個框架的數(shù)據(jù)對象都有些什么字段，換言之，我們在寫框架的時候需要通過某種機制訪問未知的屬性。

　　這個機制被稱為反射(反過來讓對象告訴我們他是什么)，或是自省(讓對象自己告訴我們他是什么，好吧我承認括號里是我瞎掰的- -#)，用于實現(xiàn)在運行時獲取未知對象的信息。反射是個很嚇唬人的名詞，聽起來高深莫測，在一般的編程語言里反射相對其他概念來說稍顯復(fù)雜，一般來說都是作為高級主題來講;但在Python中反射非常簡單，用起來幾乎感覺不到與其他的代碼有區(qū)別，使用反射獲取到的函數(shù)和方法可以像平常一樣加上括號直接調(diào)用，獲取到類后可以直接構(gòu)造實例;不過獲取到的字段不能直接賦值，因為拿到的其實是另一個指向同一個地方的引用，賦值只能改變當(dāng)前的這個引用而已。

　　1. 訪問對象的屬性

　　以下列出了幾個內(nèi)建方法，可以用來檢查或是訪問對象的屬性。這些方法可以用于任意對象而不僅僅是例子中的Cat實例對象;Python中一切都是對象。

cat = Cat('kitty')  
 
print cat.name # 訪問實例屬性  
cat.sayHi() # 調(diào)用實例方法  
 
print dir(cat) # 獲取實例的屬性名，以列表形式返回  
if hasattr(cat, 'name'): # 檢查實例是否有這個屬性  
    setattr(cat, 'name', 'tiger') # same as: a.name = 'tiger' 
print getattr(cat, 'name') # same as: print a.name  
 
getattr(cat, 'sayHi')() # same as: cat.sayHi()  

　　•dir([obj]):

　　調(diào)用這個方法將返回包含obj大多數(shù)屬性名的列表(會有一些特殊的屬性不包含在內(nèi))。obj的默認值是當(dāng)前的模塊對象。

　　•hasattr(obj, attr):

　　這個方法用于檢查obj是否有一個名為attr的值的屬性，返回一個布爾值。

　　•getattr(obj, attr):

　　調(diào)用這個方法將返回obj中名為attr值的屬性的值，例如如果attr為'bar'，則返回obj.bar。

　　•setattr(obj, attr, val):

　　調(diào)用這個方法將給obj的名為attr的值的屬性賦值為val。例如如果attr為'bar'，則相當(dāng)于obj.bar = val。

　　2. 訪問對象的元數(shù)據(jù)

　　當(dāng)你對一個你構(gòu)造的對象使用dir()時，可能會發(fā)現(xiàn)列表中的很多屬性并不是你定義的。這些屬性一般保存了對象的元數(shù)據(jù)，比如類的__name__屬性保存了類名。大部分這些屬性都可以修改，不過改動它們意義并不是很大;修改其中某些屬性如function.func_code還可能導(dǎo)致很難發(fā)現(xiàn)的問題，所以改改name什么的就好了，其他的屬性不要在不了解后果的情況下修改。

　　接下來列出特定對象的一些特殊屬性。另外，Python的文檔中有提到部分屬性不一定會一直提供，下文中將以紅色的星號*標記，使用前你可以先打開解釋器確認一下。

　　2.0. 準備工作：確定對象的類型

　　在types模塊中定義了全部的Python內(nèi)置類型，結(jié)合內(nèi)置方法isinstance()就可以確定對象的具體類型了。

　　•isinstance(object, classinfo):

　　檢查object是不是classinfo中列舉出的類型，返回布爾值。classinfo可以是一個具體的類型，也可以是多個類型的元組或列表。

　　types模塊中僅僅定義了類型，而inspect模塊中封裝了很多檢查類型的方法，比直接使用types模塊更為輕松，所以這里不給出關(guān)于types的更多介紹，如有需要可以直接查看types模塊的文檔說明。本文第3節(jié)中介紹了inspect模塊。

　　2.1. 模塊(module)

　　•__doc__: 文檔字符串。如果模塊沒有文檔，這個值是None。

　　•*__name__: 始終是定義時的模塊名;即使你使用import .. as 為它取了別名，或是賦值給了另一個變量名。

　　•*__dict__: 包含了模塊里可用的屬性名-屬性的字典;也就是可以使用模塊名.屬性名訪問的對象。

　　•__file__: 包含了該模塊的文件路徑。需要注意的是內(nèi)建的模塊沒有這個屬性，訪問它會拋出異常!

import fnmatch as m  
print m.__doc__.splitlines()[0] # Filename matching with shell patterns.  
print m.__name__                # fnmatch  
print m.__file__                # /usr/lib/python2.6/fnmatch.pyc  
print m.__dict__.items()[0]     # ('fnmatchcase', <FUNCTION 0xb73deb54 at fnmatchcase>)  

　　2.2. 類(class)

　　•__doc__: 文檔字符串。如果類沒有文檔，這個值是None。

　　•*__name__: 始終是定義時的類名。

　　•*__dict__: 包含了類里可用的屬性名-屬性的字典;也就是可以使用類名.屬性名訪問的對象。

　　•__module__: 包含該類的定義的模塊名;需要注意，是字符串形式的模塊名而不是模塊對象。

　　•*__bases__: 直接父類對象的元組;但不包含繼承樹更上層的其他類，比如父類的父類。

print Cat.__doc__           # None  
print Cat.__name__          # Cat  
print Cat.__module__        # __main__  
print Cat.__bases__         # (<TYPE ?object?>,)  
print Cat.__dict__          # {'__module__': '__main__', ...}  

　　 2.3. 實例(instance)

　　實例是指類實例化以后的對象。

　　•*__dict__: 包含了可用的屬性名-屬性字典。

　　•*__class__: 該實例的類對象。對于類Cat，cat.__class__ == Cat 為 True。

print cat.__dict__  
print cat.__class__  
print cat.__class__ == Cat # True  

　　2.4. 內(nèi)建函數(shù)和方法(built-in functions and methods)

　　根據(jù)定義，內(nèi)建的(built-in)模塊是指使用C寫的模塊，可以通過sys模塊的builtin_module_names字段查看都有哪些模塊是內(nèi)建的。這些模塊中的函數(shù)和方法可以使用的屬性比較少，不過一般也不需要在代碼中查看它們的信息。

　　•__doc__: 函數(shù)或方法的文檔。

　　•__name__: 函數(shù)或方法定義時的名字。

　　•__self__: 僅方法可用，如果是綁定的(bound)，則指向調(diào)用該方法的類(如果是類方法)或?qū)嵗?如果是實例方法)，否則為None。

　　•*__module__: 函數(shù)或方法所在的模塊名。

　　2.5. 函數(shù)(function)

　　這里特指非內(nèi)建的函數(shù)。注意，在類中使用def定義的是方法，方法與函數(shù)雖然有相似的行為，但它們是不同的概念。

　　•__doc__: 函數(shù)的文檔;另外也可以用屬性名func_doc。

　　•__name__: 函數(shù)定義時的函數(shù)名;另外也可以用屬性名func_name。

　　•*__module__: 包含該函數(shù)定義的模塊名;同樣注意，是模塊名而不是模塊對象。

　　•*__dict__: 函數(shù)的可用屬性;另外也可以用屬性名func_dict。

　　不要忘了函數(shù)也是對象，可以使用函數(shù).屬性名訪問屬性(賦值時如果屬性不存在將新增一個)，或使用內(nèi)置函數(shù)has/get/setattr()訪問。不過，在函數(shù)中保存屬性的意義并不大。

　　•func_defaults: 這個屬性保存了函數(shù)的參數(shù)默認值元組;因為默認值總是靠后的參數(shù)才有，所以不使用字典的形式也是可以與參數(shù)對應(yīng)上的。

　　•func_code: 這個屬性指向一個該函數(shù)對應(yīng)的code對象，code對象中定義了其他的一些特殊屬性，將在下文中另外介紹。

　　•func_globals: 這個屬性指向當(dāng)前的全局命名空間而不是定義函數(shù)時的全局命名空間，用處不大，并且是只讀的。

　　•*func_closure: 這個屬性僅當(dāng)函數(shù)是一個閉包時有效，指向一個保存了所引用到的外部函數(shù)的變量cell的元組，如果該函數(shù)不是一個內(nèi)部函數(shù)，則始終為None。這個屬性也是只讀的。

　　下面的代碼演示了func_closure：

#coding: UTF-8  
def foo():  
    n = 1 
    def bar():  
        print n # 引用非全局的外部變量n，構(gòu)造一個閉包  
    n = 2 
    return bar  
 
closure = foo()  
print closure.func_closure  
# 使用dir()得知cell對象有一個cell_contents屬性可以獲得值  
print closure.func_closure[0].cell_contents # 2  

　　由這個例子可以看到，遇到未知的對象使用dir()是一個很好的主意 ：)

　　2.6. 方法(method)

　　方法雖然不是函數(shù)，但可以理解為在函數(shù)外面加了一層外殼;拿到方法里實際的函數(shù)以后，就可以使用2.5節(jié)的屬性了。

　　•__doc__: 與函數(shù)相同。

　　•__name__: 與函數(shù)相同。

　　•*__module__: 與函數(shù)相同。

　　•im_func: 使用這個屬性可以拿到方法里實際的函數(shù)對象的引用。另外如果是2.6以上的版本，還可以使用屬性名__func__。

　　•im_self: 如果是綁定的(bound)，則指向調(diào)用該方法的類(如果是類方法)或?qū)嵗?如果是實例方法)，否則為None。如果是2.6以上的版本，還可以使用屬性名__self__。

　　•im_class: 實際調(diào)用該方法的類，或?qū)嶋H調(diào)用該方法的實例的類。注意不是方法的定義所在的類，如果有繼承關(guān)系的話。

im = cat.sayHi  
print im.im_func  
print im.im_self # cat  
print im.im_class # Cat  

　　這里討論的是一般的實例方法，另外還有兩種特殊的方法分別是類方法(classmethod)和靜態(tài)方法(staticmethod)。類方法還是方法，不過因為需要使用類名調(diào)用，所以他始終是綁定的;而靜態(tài)方法可以看成是在類的命名空間里的函數(shù)(需要使用類名調(diào)用的函數(shù))，它只能使用函數(shù)的屬性，不能使用方法的屬性。

#p#　
   　2.7. 生成器(generator)

　　生成器是調(diào)用一個生成器函數(shù)(generator function)返回的對象，多用于集合對象的迭代。

　　•__iter__: 僅僅是一個可迭代的標記。

　　•gi_code: 生成器對應(yīng)的code對象。

　　•gi_frame: 生成器對應(yīng)的frame對象。

　　•gi_running: 生成器函數(shù)是否在執(zhí)行。生成器函數(shù)在yield以后、執(zhí)行yield的下一行代碼前處于frozen狀態(tài)，此時這個屬性的值為0。

　　•next|close|send|throw: 這是幾個可調(diào)用的方法，并不包含元數(shù)據(jù)信息，如何使用可以查看生成器的相關(guān)文檔。

def gen():  
    for n in xrange(5):  
        yield n  
g = gen()  
print g             #   
print g.gi_code     #   
print g.gi_frame    #   
print g.gi_running  # 0  
print g.next()      # 0  
print g.next()      # 1  
for n in g:  
    print n,        # 2 3 4  

　　接下來討論的是幾個不常用到的內(nèi)置對象類型。這些類型在正常的編碼過程中應(yīng)該很少接觸，除非你正在自己實現(xiàn)一個解釋器或開發(fā)環(huán)境之類。所以這里只列出一部分屬性，如果需要一份完整的屬性表或想進一步了解，可以查看文末列出的參考文檔。

　　2.8. 代碼塊(code)

　　代碼塊可以由類源代碼、函數(shù)源代碼或是一個簡單的語句代碼編譯得到。這里我們只考慮它指代一個函數(shù)時的情況;2.5節(jié)中我們曾提到可以使用函數(shù)的func_code屬性獲取到它。code的屬性全部是只讀的。

　　•co_argcount: 普通參數(shù)的總數(shù)，不包括*參數(shù)和**參數(shù)。

　　•co_names: 所有的參數(shù)名(包括*參數(shù)和**參數(shù))和局部變量名的元組。

　　•co_varnames: 所有的局部變量名的元組。

　　•co_filename: 源代碼所在的文件名。

　　•co_flags: 這是一個數(shù)值，每一個二進制位都包含了特定信息。較關(guān)注的是0b100(0x4)和0b1000(0x8)，如果co_flags & 0b100 != 0，說明使用了*args參數(shù);如果co_flags & 0b1000 != 0，說明使用了**kwargs參數(shù)。另外，如果co_flags & 0b100000(0x20) != 0，則說明這是一個生成器函數(shù)(generator function)。

co = cat.sayHi.func_code  
print co.co_argcount        # 1  
print co.co_names           # ('name',)  
print co.co_varnames        # ('self',)  
print co.co_flags & 0b100   # 0  

　　2.9. 棧幀(frame)

　　棧幀表示程序運行時函數(shù)調(diào)用棧中的某一幀。函數(shù)沒有屬性可以獲取它，因為它在函數(shù)調(diào)用時才會產(chǎn)生，而生成器則是由函數(shù)調(diào)用返回的，所以有屬性指向棧幀。想要獲得某個函數(shù)相關(guān)的棧幀，則必須在調(diào)用這個函數(shù)且這個函數(shù)尚未返回時獲取。你可以使用sys模塊的_getframe()函數(shù)、或inspect模塊的currentframe()函數(shù)獲取當(dāng)前棧幀。這里列出來的屬性全部是只讀的。

　　•f_back: 調(diào)用棧的前一幀。

　　•f_code: 棧幀對應(yīng)的code對象。

　　•f_locals: 用在當(dāng)前棧幀時與內(nèi)建函數(shù)locals()相同，但你可以先獲取其他幀然后使用這個屬性獲取那個幀的locals()。

　　•f_globals: 用在當(dāng)前棧幀時與內(nèi)建函數(shù)globals()相同，但你可以先獲取其他幀……。

def add(x, y=1):  
    f = inspect.currentframe()  
    print f.f_locals    # same as locals()  
    print f.f_back      #   
    return x+y  
add(2)  

　　2.10. 追蹤(traceback)

　　追蹤是在出現(xiàn)異常時用于回溯的對象，與棧幀相反。由于異常時才會構(gòu)建，而異常未捕獲時會一直向外層棧幀拋出，所以需要使用try才能見到這個對象。你可以使用sys模塊的exc_info()函數(shù)獲得它，這個函數(shù)返回一個元組，元素分別是異常類型、異常對象、追蹤。traceback的屬性全部是只讀的。

　　•tb_next: 追蹤的下一個追蹤對象。

　　•tb_frame: 當(dāng)前追蹤對應(yīng)的棧幀。

　　•tb_lineno: 當(dāng)前追蹤的行號。

def div(x, y):  
    try:  
        return x/y  
    except:  
        tb = sys.exc_info()[2]  # return (exc_type, exc_value, traceback)  
        print tb  
        print tb.tb_lineno      # "return x/y" 的行號  
div(1, 0)  

　　3. 使用inspect模塊

　　inspect模塊提供了一系列函數(shù)用于幫助使用自省。下面僅列出較常用的一些函數(shù)，想獲得全部的函數(shù)資料可以查看inspect模塊的文檔。

　　3.1. 檢查對象類型

　　•is{module|class|function|method|builtin}(obj):

　　檢查對象是否為模塊、類、函數(shù)、方法、內(nèi)建函數(shù)或方法。

　　•isroutine(obj):

　　用于檢查對象是否為函數(shù)、方法、內(nèi)建函數(shù)或方法等等可調(diào)用類型。用這個方法會比多個is*()更方便，不過它的實現(xiàn)仍然是用了多個is*()。

im = cat.sayHi  
if inspect.isroutine(im):  
    im()  

　　對于實現(xiàn)了__call__的類實例，這個方法會返回False。如果目的是只要可以直接調(diào)用就需要是True的話，不妨使用isinstance(obj, collections.Callable)這種形式。我也不知道為什么Callable會在collections模塊中，抱歉!我猜大概是因為collections模塊中包含了很多其他的ABC(Abstract Base Class)的緣故吧：)

　　3.2. 獲取對象信息

　　•getmembers(object[, predicate]):

　　這個方法是dir()的擴展版，它會將dir()找到的名字對應(yīng)的屬性一并返回，形如[(name, value), ...]。另外，predicate是一個方法的引用，如果指定，則應(yīng)當(dāng)接受value作為參數(shù)并返回一個布爾值，如果為False，相應(yīng)的屬性將不會返回。使用is*作為第二個參數(shù)可以過濾出指定類型的屬性。

　　•getmodule(object):

　　還在為第2節(jié)中的__module__屬性只返回字符串而遺憾嗎?這個方法一定可以滿足你，它返回object的定義所在的模塊對象。

　　•get{file|sourcefile}(object):

　　獲取object的定義所在的模塊的文件名|源代碼文件名(如果沒有則返回None)。用于內(nèi)建的對象(內(nèi)建模塊、類、函數(shù)、方法)上時會拋出TypeError異常。

　　•get{source|sourcelines}(object):

　　獲取object的定義的源代碼，以字符串|字符串列表返回。代碼無法訪問時會拋出IOError異常。只能用于module/class/function/method/code/frame/traceack對象。

　　•getargspec(func):

　　僅用于方法，獲取方法聲明的參數(shù)，返回元組，分別是(普通參數(shù)名的列表, *參數(shù)名, **參數(shù)名, 默認值元組)。如果沒有值，將是空列表和3個None。如果是2.6以上版本，將返回一個命名元組(Named Tuple)，即除了索引外還可以使用屬性名訪問元組中的元素。

def add(x, y=1, *z):  
    return x + y + sum(z)  
print inspect.getargspec(add)  
#ArgSpec(args=['x', 'y'], varargs='z', keywords=None, defaults=(1,))  

　　•getargvalues(frame):

　　僅用于棧幀，獲取棧幀中保存的該次函數(shù)調(diào)用的參數(shù)值，返回元組，分別是(普通參數(shù)名的列表, *參數(shù)名, **參數(shù)名, 幀的locals())。如果是2.6以上版本，將返回一個命名元組(Named Tuple)，即除了索引外還可以使用屬性名訪問元組中的元素。

def add(x, y=1, *z):  
    print inspect.getargvalues(inspect.currentframe())  
    return x + y + sum(z)  
add(2)  
#ArgInfo(args=['x', 'y'], varargs='z', keywords=None, locals={'y': 1, 'x': 2, 'z': ()})  

　　•getcallargs(func[, *args][, **kwds]):

　　返回使用args和kwds調(diào)用該方法時各參數(shù)對應(yīng)的值的字典。這個方法僅在2.7版本中才有。

　　•getmro(cls):

　　返回一個類型元組，查找類屬性時按照這個元組中的順序。如果是新式類，與cls.__mro__結(jié)果一樣。但舊式類沒有__mro__這個屬性，直接使用這個屬性會報異常，所以這個方法還是有它的價值的。

print inspect.getmro(Cat)  
#(<class '__main__.Cat'>, <type 'object'>)  
print Cat.__mro__  
#(<class '__main__.Cat'>, <type 'object'>)  
class Dog: pass  
print inspect.getmro(Dog)  
#(<class __main__.Dog at 0x...>,)  
print Dog.__mro__ # AttributeError  

　　•currentframe():

　　返回當(dāng)前的棧幀對象。

　　其他的操作frame和traceback的函數(shù)請查閱inspect模塊的文檔，用的比較少，這里就不多介紹了。