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分类： Python/Ruby
2015-02-09 11:24:36
在笔者，也就是我的概念里，自省和反射是一回事，当然其实我并不十分确定一定以及肯定，所以如果这确实是两个不同的概念的话，还请多多指教 ：） 转载请注明作者、出处并附上原文链接，多谢！
update 2011-3-10: 更正函数的func_globals属性含义。
首先通过一个例子来看一下本文中可能用到的对象和相关概念。
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#coding: UTF-8
import sys # 模块，sys指向这个模块对象
import inspect
def foo(): pass # 函数，foo指向这个函数对象
class Cat(object): # 类，Cat指向这个类对象
def __init__(self, name='kitty'):
self.name = name
def sayHi(self): # 实例方法，sayHi指向这个方法对象，使用类或实例.sayHi访问
print self.name, 'says Hi!' # 访问名为name的字段，使用实例.name访问
cat = Cat() # cat是Cat类的实例对象
print Cat.sayHi # 使用类名访问实例方法时，方法是未绑定的(unbound)
print cat.sayHi # 使用实例访问实例方法时，方法是绑定的(bound)
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有时候我们会碰到这样的需求，需要执行对象的某个方法，或是需要对对象的某个字段赋值，而方法名或是字段名在编码代码时并不能确定，需要通过参数传递字符串的形式输入。举个具体的例子：当我们需要实现一个通用的DBM框架时，可能需要对数据对象的字段赋值，但我们无法预知用到这个框架的数据对象都有些什么字段，换言之，我们在写框架的时候需要通过某种机制访问未知的属性。
这个机制被称为反射（反过来让对象告诉我们他是什么），或是自省（让对象自己告诉我们他是什么，好吧我承认括号里是我瞎掰的- -#），用于实现在运行时获取未知对象的信息。反射是个很吓唬人的名词，听起来高深莫测，在一般的编程语言里反射相对其他概念来说稍显复杂，一般来说都是作为高级主题来讲；但在Python中反射非常简单，用起来几乎感觉不到与其他的代码有区别，使用反射获取到的函数和方法可以像平常一样加上括号直接调用，获取到类后可以直接构造实例；不过获取到的字段不能直接赋值，因为拿到的其实是另一个指向同一个地方的引用，赋值只能改变当前的这个引用而已。
以下列出了几个内建方法，可以用来检查或是访问对象的属性。这些方法可以用于任意对象而不仅仅是例子中的Cat实例对象；Python中一切都是对象。
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cat = Cat('kitty')
print cat.name # 访问实例属性
cat.sayHi() # 调用实例方法
print dir(cat) # 获取实例的属性名，以列表形式返回
if hasattr(cat, 'name'): # 检查实例是否有这个属性
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()
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当你对一个你构造的对象使用dir()时，可能会发现列表中的很多属性并不是你定义的。这些属性一般保存了对象的元数据，比如类的__name__属性保存了类名。大部分这些属性都可以修改，不过改动它们意义并不是很大；修改其中某些属性如function.func_code还可能导致很难发现的问题，所以改改name什么的就好了，其他的属性不要在不了解后果的情况下修改。
接下来列出特定对象的一些特殊属性。另外，Python的文档中有提到部分属性不一定会一直提供，下文中将以红色的星号*标记，使用前你可以先打开解释器确认一下。
在types模块中定义了全部的Python内置类型，结合内置方法isinstance()就可以确定对象的具体类型了。
types模块中仅仅定义了类型，而inspect模块中封装了很多检查类型的方法，比直接使用types模块更为轻松，所以这里不给出关于types的更多介绍，如有需要可以直接查看types模块的文档说明。本文第3节中介绍了inspect模块。
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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',
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print Cat.__doc__ # None
print Cat.__name__ # Cat
print Cat.__module__ # __main__
print Cat.__bases__ # (
print Cat.__dict__ # {'__module__': '__main__', ...}
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实例是指类实例化以后的对象。
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print cat.__dict__
print cat.__class__
print cat.__class__ == Cat # True
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根据定义，内建的(built-in)模块是指使用C写的模块，可以通过sys模块的builtin_module_names字段查看都有哪些模块是内建的。这些模块中的函数和方法可以使用的属性比较少，不过一般也不需要在代码中查看它们的信息。
这里特指非内建的函数。注意，在类中使用def定义的是方法，方法与函数虽然有相似的行为，但它们是不同的概念。
下面的代码演示了func_closure：
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#coding: UTF-8
def foo():
n = 1
def bar():
print n # 引用非全局的外部变量n，构造一个闭包
n = 2
return bar
closure = foo()
print closure.func_closure
# 使用dir()得知cell对象有一个cell_contents属性可以获得值
print closure.func_closure[0].cell_contents # 2
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由这个例子可以看到，遇到未知的对象使用dir()是一个很好的主意 ：）
方法虽然不是函数，但可以理解为在函数外面加了一层外壳；拿到方法里实际的函数以后，就可以使用2.5节的属性了。
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im = cat.sayHi
print im.im_func
print im.im_self # cat
print im.im_class # Cat
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这里讨论的是一般的实例方法，另外还有两种特殊的方法分别是类方法(classmethod)和静态方法(staticmethod)。类方法还是方法，不过因为需要使用类名调用，所以他始终是绑定的；而静态方法可以看成是在类的命名空间里的函数（需要使用类名调用的函数），它只能使用函数的属性，不能使用方法的属性。
生成器是调用一个生成器函数(generator function)返回的对象，多用于集合对象的迭代。
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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
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接下来讨论的是几个不常用到的内置对象类型。这些类型在正常的编码过程中应该很少接触，除非你正在自己实现一个解释器或开发环境之类。所以这里只列出一部分属性，如果需要一份完整的属性表或想进一步了解，可以查看文末列出的参考文档。
代码块可以由类源代码、函数源代码或是一个简单的语句代码编译得到。这里我们只考虑它指代一个函数时的情况；2.5节中我们曾提到可以使用函数的func_code属性获取到它。code的属性全部是只读的。
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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
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栈帧表示程序运行时函数调用栈中的某一帧。函数没有属性可以获取它，因为它在函数调用时才会产生，而生成器则是由函数调用返回的，所以有属性指向栈帧。想要获得某个函数相关的栈帧，则必须在调用这个函数且这个函数尚未返回时获取。你可以使用sys模块的_getframe()函数、或inspect模块的currentframe()函数获取当前栈帧。这里列出来的属性全部是只读的。
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def add(x, y=1):
f = inspect.currentframe()
print f.f_locals # same as locals()
print f.f_back #
return x+y
add(2)
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追踪是在出现异常时用于回溯的对象，与栈帧相反。由于异常时才会构建，而异常未捕获时会一直向外层栈帧抛出，所以需要使用try才能见到这个对象。你可以使用sys模块的exc_info()函数获得它，这个函数返回一个元组，元素分别是异常类型、异常对象、追踪。traceback的属性全部是只读的。
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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" 的行号
div(1, 0)
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inspect模块提供了一系列函数用于帮助使用自省。下面仅列出较常用的一些函数，想获得全部的函数资料可以查看inspect模块的文档。
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im = cat.sayHi
if inspect.isroutine(im):
im()
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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,))
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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': ()})
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print inspect.getmro(Cat)
#(
print Cat.__mro__
#(
class Dog: pass
print inspect.getmro(Dog)
#(
print Dog.__mro__ # AttributeError
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其他的操作frame和traceback的函数请查阅inspect模块的文档，用的比较少，这里就不多介绍了。
<全文完>
参考资料：
1. [官方文档][英文]
2. [官方文档][英文]
