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7. Function

作為Callable部分第一個(gè)別提到，但是最后來(lái)分析它。原因其實(shí)很簡(jiǎn)單，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)前面的很多內(nèi)容，包括bound method也好，static method也好，甚至operators，本質(zhì)上都是function。
那么，如何去探究一個(gè)Python的Function的屬性呢，閱讀過(guò)前面內(nèi)容的讀者應(yīng)該很明白了，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的代碼加上print就可以看到不少東西了。
我們先用dirf來(lái)看下一個(gè)function對(duì)象身上有什么。

def foo(a, b = 10):
    print a + b

print dir(foo)

輸出結(jié)果：

['__call__', '__class__', '__closure__', '__code__', '__defaults__', '__delattr__', '__dict__', '__doc__', '__format__', '__get__', '__getattribute__', '__globals__', '__hash__', '__init__', '__module__', '__name__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'func_closure', 'func_code', 'func_defaults', 'func_dict', 'func_doc', 'func_globals', 'func_name']

不管雙下劃線開(kāi)頭的部分屬性，我們只看對(duì)外開(kāi)放的部分，先來(lái)看一看func_name屬性吧。

print foo       #<function foo at 0x0235A2B0>
foo.func_name = 'abc'
print foo       <function abc at 0x0235A2B0>

func_name看上只是用來(lái)記錄信息的一個(gè)名稱而已，修改它并不會(huì)影響函數(shù)對(duì)象的調(diào)用。
我們?cè)賮?lái)看下func_defaults屬性，看名稱它是和默認(rèn)值相關(guān)。

foo(1)          #11
print foo.func_defaults     #(10,)
foo.func_defaults = (100, )
foo(1)          #101

依然是把輸出的結(jié)果放在代碼行的后面以注釋的形式給出，我們看到函數(shù)對(duì)象的func_defaults屬性是一個(gè)元組，依次列出了所有默認(rèn)參數(shù)。我們可以通過(guò)改變這個(gè)屬性來(lái)改變已經(jīng)被定義了的函數(shù)的默認(rèn)參數(shù)。
為了可以看到func_closture的內(nèi)容，我們構(gòu)建一個(gè)閉包：

def bar(n):
    def f(x):
        return x + n
        
    return f
    
f = bar(1)
g = bar("abc")
print f(2)      # 3
print g("def")  # defabc
print foo.func_closure  # None
print f.func_closure    # (<cell at 0x029655F0: int object at 0x029378E0>,)
print g.func_closure    # (<cell at 0x02A31130: str object at 0x02972AE8>,)

f和g是兩個(gè)閉包對(duì)象，可以看到foo這個(gè)函數(shù)對(duì)象身上的func_closure屬性為None，f和g身上分別是兩個(gè)cell對(duì)象，這部分內(nèi)容和閉包中講的部分就契合在了一起。
func_code屬性我們也來(lái)看一下

def bar(a, b):
    print a * b

print bar.func_code
print dir(bar.func_code)

foo(6, 2)
foo.func_code = bar.func_code
foo(6, 2)

輸出的結(jié)果由于比較長(zhǎng)，寫在了下面：

<code object bar at 02516C80, file "C:\Users\David-PC\Desktop\Advanced Course on Python 2016\a014.py", line 27>
['__class__', '__cmp__', '__delattr__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__lt__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'co_argcount', 'co_cellvars', 'co_code', 'co_consts', 'co_filename', 'co_firstlineno', 'co_flags', 'co_freevars', 'co_lnotab', 'co_name', 'co_names', 'co_nlocals', 'co_stacksize', 'co_varnames']
8
12

我們可以看到，func_code是一個(gè)code object，它有的屬性有很多，基本以co_開(kāi)頭，如果有興趣，可以自己一點(diǎn)點(diǎn)去把他們print出來(lái)看，也可以發(fā)現(xiàn)很多有趣的東西，這里暫時(shí)不進(jìn)行展開(kāi)。例子的另外一部分展示了func_code是可以被替換的。

擴(kuò)展：關(guān)于code對(duì)象，可以閱讀Exploring Python Code Objects，了解怎樣通過(guò)compile方法來(lái)生成code object，以及code類的一些屬性。

關(guān)于function中比較重要的幾個(gè)屬性，以表格的形式總結(jié)出來(lái)。

看了function的這些屬性，對(duì)于之前討論過(guò)的hotfix是不是有了更深的了解呢？只需要替換一個(gè)函數(shù)對(duì)象的func_code，func_defaults，func_closure等屬性，這個(gè)函數(shù)的行為就可以被改變了，結(jié)合上bound method和unbound method的動(dòng)態(tài)生成的特性，對(duì)Python語(yǔ)言的動(dòng)態(tài)性的原理的理解是否有更深入了一步呢？

8. Classes

關(guān)于類，其實(shí)有很多可以討論的內(nèi)容，從生命周期的角度來(lái)看，一個(gè)C++類的對(duì)象包含如下四個(gè)生命周期：

1. 內(nèi)存分配，malloc
2. 調(diào)用構(gòu)造函數(shù)初始化對(duì)象，A::A()
3. 調(diào)用析構(gòu)函數(shù)清理對(duì)象，A::~A()
4. 釋放內(nèi)存，free

不同的編譯器在內(nèi)存分配或者釋放的時(shí)候具體使用的函數(shù)可能不同，但這四個(gè)步驟是都有的，而且在C++中，1和4兩個(gè)步驟是隱式的，即開(kāi)發(fā)者通常不需要去關(guān)心（當(dāng)然也有可以去操作的方法），它們分別隱含在了構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)當(dāng)中。
對(duì)于Python的對(duì)象來(lái)說(shuō)，其生命周期包含如下三個(gè)部分：

1. 內(nèi)存分配，__new__方法；
2. 調(diào)用初始化(initializer)，__init__方法；
3. 調(diào)用終結(jié)器(finalizer)，__del__方法；

對(duì)于自定義的類，上述的過(guò)程可以通過(guò)重載對(duì)應(yīng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于其過(guò)程的控制。可以看到，這里并沒(méi)有內(nèi)存釋放的過(guò)程，也就是說(shuō)開(kāi)發(fā)者無(wú)法主動(dòng)控制對(duì)象所占用過(guò)的內(nèi)存的釋放，這一部分是方便開(kāi)發(fā)者不需要進(jìn)行內(nèi)存的管理，另外也利于Python語(yǔ)言本身進(jìn)行對(duì)象緩存池的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。這部分內(nèi)容在bound method的部分已經(jīng)看到了緩存池在Python的應(yīng)用，更多的討論放在內(nèi)存管理的部分來(lái)進(jìn)行。

思考：Python中如何實(shí)現(xiàn)單例模式？是否可以通過(guò)重載__new__方法，在每次分配內(nèi)存的時(shí)候返回同一個(gè)對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？

答案是否定的，因?yàn)镻ython對(duì)于生命周期的控制決定了在__new__方法被調(diào)用，內(nèi)存分配完畢之后會(huì)主動(dòng)調(diào)用__init__方法，這樣雖然分配的是同一個(gè)對(duì)象，但是多次__init__方法的調(diào)用可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)象的屬性被修改，可能會(huì)引發(fā)意料之外的bug，比如已經(jīng)被修改過(guò)屬性又被__init__方法改變等。

說(shuō)了這些之后，對(duì)于Class我們返回Callable的主題，Python中的Class也是一個(gè)Callable的對(duì)象，調(diào)用一個(gè)類的結(jié)果很簡(jiǎn)單，就是獲得一個(gè)類的實(shí)例化對(duì)象，我們來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

class Foo(object):
    pass

print Foo               # <class '__main__.Foo'>
print Foo.__call__      # <method-wrapper '__call__' of type object at 0x029D33E0>
print Foo()             # <__main__.Foo object at 0x02AAEED0>

def func():
    pass

print func.__call__     # <method-wrapper '__call__' of function object at 0x029C77F0>

類Foo是一個(gè)class對(duì)象，它是可以訪問(wèn)到__call__屬性的，它是一個(gè)id為0x029D33E0的type對(duì)象的'call'方法的method-wrapper，如果打印print id(Foo)的話，你可以發(fā)現(xiàn)它的十六進(jìn)制結(jié)果就是0x029D33E0。這容易理解，而對(duì)于method-wrapper，我把它理解為一個(gè)方法的封裝。查了一些資料，但是沒(méi)有找到官方的精準(zhǔn)答案，這里我猜測(cè)對(duì)象的創(chuàng)建、函數(shù)的執(zhí)行等過(guò)程，在Python中可能是一種C的實(shí)現(xiàn)，因此在Python層給出的是一個(gè)wrapper，可以讓他們的行為像一個(gè)Python的函數(shù)一樣。當(dāng)然這是我的猜測(cè)，如果有知道準(zhǔn)確答案的朋友歡迎指導(dǎo)。

思考：Class作為一個(gè)Callable的類型，對(duì)于我們開(kāi)發(fā)中有什么好處嗎？

想象一下工廠方法在C++中的實(shí)現(xiàn)，通常需要通過(guò)一個(gè)函數(shù)來(lái)封裝一個(gè)對(duì)象的創(chuàng)建過(guò)程，而在Python中，我們可以把對(duì)象類型存儲(chǔ)在一個(gè)字典或者列表中，通過(guò)映射關(guān)系，可以直接生成對(duì)象。某種程度上說(shuō)，這也是一種“反射”機(jī)制。具體的代碼由于比較簡(jiǎn)單，此處就不列舉了。

總結(jié)：關(guān)于Callable的部分已經(jīng)聊得差不多了，從我們分析的過(guò)程看，我們通常使用dir和print在加上一些分析能力就可以看出Python語(yǔ)言設(shè)計(jì)上的一些原理和思路，一切皆對(duì)象的理念被應(yīng)用的淋漓盡致，而為了實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)特性，Python語(yǔ)言做了很多特殊的設(shè)計(jì)和方法。

2016年7月10日于杭州家中