Python 经典编程技巧
最后更新: 2026-05-11
一、上下文管理器
1.1 类实现
python
class DatabaseConnection:
def __init__(self, url):
self.url = url
self.conn = None
def __enter__(self):
self.conn = connect(self.url)
return self.conn
def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
if exc_type:
self.conn.rollback()
else:
self.conn.commit()
self.conn.close()
return False # 不吞异常
with DatabaseConnection("postgresql://localhost/db") as conn:
conn.execute("SELECT 1")__exit__ 返回值的含义：
| 返回值 | 行为 |
|---|---|
False（默认） | 异常正常传播 |
True | 吞掉异常，with 外部看不到异常 |
1.2 contextlib 实现
python
from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def db_connection(url):
conn = connect(url)
try:
yield conn
except Exception:
conn.rollback()
raise
else:
conn.commit()
finally:
conn.close()
with db_connection("postgresql://localhost/db") as conn:
conn.execute("SELECT 1")1.3 实用上下文管理器
python
import time
from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def timer(label=""):
"""计时器"""
start = time.perf_counter()
yield
elapsed = time.perf_counter() - start
print(f"[{label}] elapsed: {elapsed:.3f}s")
@contextmanager
def temp_directory():
"""临时目录，退出时自动清理"""
import tempfile, shutil
dirpath = tempfile.mkdtemp()
try:
yield dirpath
finally:
shutil.rmtree(dirpath, ignore_errors=True)
@contextmanager
def change_dir(path):
"""临时切换工作目录"""
import os
old = os.getcwd()
os.chdir(path)
try:
yield
finally:
os.chdir(old)二、描述符
描述符是实现 __get__、__set__、__delete__ 方法的类，用于控制属性访问。
2.1 基本原理
python
class Descriptor:
def __set_name__(self, owner, name):
self.name = f"_{name}"
def __get__(self, obj, objtype=None):
if obj is None:
return self
return getattr(obj, self.name, None)
def __set__(self, obj, value):
setattr(obj, self.name, value)
class MyClass:
attr = Descriptor() # 使用描述符2.2 实用描述符：类型校验
python
class TypedField:
def __init__(self, expected_type, default=None):
self.expected_type = expected_type
self.default = default
def __set_name__(self, owner, name):
self.name = f"_{name}"
def __get__(self, obj, objtype=None):
if obj is None:
return self
return getattr(obj, self.name, self.default)
def __set__(self, obj, value):
if not isinstance(value, self.expected_type):
raise TypeError(
f"{self.name[1:]} expected {self.expected_type.__name__}, "
f"got {type(value).__name__}"
)
setattr(obj, self.name, value)
class Person:
name = TypedField(str)
age = TypedField(int, default=0)
p = Person()
p.name = "Alice" # OK
p.name = 123 # TypeError: name expected str, got int2.3 实用描述符：懒加载
python
class LazyProperty:
"""属性只计算一次，之后缓存结果"""
def __init__(self, func):
self.func = func
self.name = func.__name__
def __get__(self, obj, objtype=None):
if obj is None:
return self
value = self.func(obj)
setattr(obj, self.name, value) # 替换为实例属性，下次直接访问
return value
class DataLoader:
@LazyProperty
def data(self):
print("Loading data...")
return expensive_computation()
loader = DataLoader()
print(loader.data) # Loading data... (第一次计算)
print(loader.data) # 直接返回缓存，不再计算注意：
LazyProperty本质上是functools.cached_property的简化版。生产环境建议直接用@functools.cached_property（Python 3.8+）。
三、元类
元类是"类的类"，控制类的创建过程。
3.1 基本用法
python
class SingletonMeta(type):
"""单例元类"""
_instances = {}
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if cls not in cls._instances:
cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)
return cls._instances[cls]
class Database(metaclass=SingletonMeta):
def __init__(self):
print("Creating database connection")
db1 = Database() # Creating database connection
db2 = Database() # 不再创建，返回同一实例
assert db1 is db23.2 自动注册模式
python
class PluginRegistry(type):
"""插件自动注册元类"""
registry: dict[str, type] = {}
def __new__(mcs, name, bases, namespace):
cls = super().__new__(mcs, name, bases, namespace)
if name != "BasePlugin": # 跳过基类
mcs.registry[name] = cls
return cls
class BasePlugin(metaclass=PluginRegistry):
"""所有插件的基类"""
def process(self, data):
raise NotImplementedError
class ImagePlugin(BasePlugin):
def process(self, data):
return f"Processing image: {data}"
class VideoPlugin(BasePlugin):
def process(self, data):
return f"Processing video: {data}"
print(PluginRegistry.registry) # {'ImagePlugin': <class ...>, 'VideoPlugin': <class ...>}3.3 何时使用元类
"如果你不确定是否需要元类，那你不需要。"
| 场景 | 推荐方案 |
|---|---|
| 简单单例 | 模块级变量或装饰器 |
| 类属性校验 | __init_subclass__ |
| 自动注册 | 装饰器 + 字典 |
| 复杂的类创建控制 | 元类 |
四、__init_subclass__ 钩子
Python 3.6+ 提供了更简洁的方式来定制子类创建，大多数场景可以替代元类。
python
class ValidatedModel:
"""自动校验子类的字段定义"""
def __init_subclass__(cls, validate=True, **kwargs):
super().__init_subclass__(**kwargs)
if validate:
cls._validate_fields()
@classmethod
def _validate_fields(cls):
for name, value in cls.__annotations__.items():
if not name.startswith("_"):
assert hasattr(cls, name), f"{cls.__name__} missing field: {name}"
# 不满足校验时抛出 AssertionError
class User(ValidatedModel):
name: str
age: int # 如果没有给 age 赋默认值且没有类属性，会校验失败与元类对比：
| 特性 | __init_subclass__ | 元类 |
|---|---|---|
| 学习曲线 | 低 | 高 |
| 功能范围 | 定制子类创建 | 完全控制类创建 |
| 多继承兼容性 | 好（协作式调用 super()） | 复杂（元类冲突） |
| 推荐度 | 优先使用 | 复杂场景再用 |
五、魔术方法速查
5.1 对象创建与销毁
| 方法 | 触发时机 |
|---|---|
__new__(cls, ...) | 创建实例（在 __init__ 之前） |
__init__(self, ...) | 初始化实例 |
__del__(self) | 实例被垃圾回收前 |
5.2 表示与格式化
| 方法 | 触发时机 | 示例 |
|---|---|---|
__repr__(self) | repr() / 调试 | User(name='Alice') |
__str__(self) | str() / print() | Alice |
__format__(self, spec) | f-string / format() | f"{user:>20}" |
__bytes__(self) | bytes() | b'...' |
最佳实践：始终实现
__repr__（调试必备），__str__可选。如果只实现一个，实现__repr__。
5.3 比较操作
python
from functools import total_ordering
@total_ordering # 只需定义 __eq__ 和 __lt__，自动生成其他比较方法
class Version:
def __init__(self, major, minor, patch):
self.major, self.minor, self.patch = major, minor, patch
def __eq__(self, other):
return (self.major, self.minor, self.patch) == (other.major, other.minor, other.patch)
def __lt__(self, other):
return (self.major, self.minor, self.patch) < (other.major, other.minor, other.patch)5.4 容器与迭代
| 方法 | 触发时机 |
|---|---|
__len__(self) | len() |
__getitem__(self, key) | obj[key] |
__setitem__(self, key, value) | obj[key] = value |
__delitem__(self, key) | del obj[key] |
__contains__(self, item) | item in obj |
__iter__(self) | for x in obj |
__next__(self) | 迭代器协议 |
5.5 可调用对象
python
class Adder:
def __init__(self, n):
self.n = n
def __call__(self, x):
return self.n + x
add5 = Adder(5)
add5(10) # 15六、functools 实用工具
python
from functools import lru_cache, wraps, partial, singledispatch
# 1. lru_cache - 缓存函数结果
@lru_cache(maxsize=128)
def fibonacci(n):
if n < 2:
return n
return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)
# 2. wraps - 保留被装饰函数的元信息
def my_decorator(func):
@wraps(func) # 保留 __name__, __doc__ 等
def wrapper(*args, **kwargs):
return func(*args, **kwargs)
return wrapper
# 3. partial - 偏函数，固定部分参数
def power(base, exp):
return base ** exp
square = partial(power, exp=2)
cube = partial(power, exp=3)
square(4) # 16
cube(3) # 27
# 4. singledispatch - 单分派泛型函数
@singledispatch
def process(data):
raise TypeError(f"Unsupported type: {type(data)}")
@process.register(str)
def _(data):
return data.upper()
@process.register(list)
def _(data):
return [process(item) for item in data]
process("hello") # "HELLO"
process(["a", "b"]) # ["A", "B"]七、dataclass 与 attrs
7.1 dataclass（标准库）
python
from dataclasses import dataclass, field
@dataclass
class Point:
x: float
y: float
label: str = ""
def distance_to(self, other: "Point") -> float:
return ((self.x - other.x) ** 2 + (self.y - other.y) ** 2) ** 0.5
@dataclass(frozen=True) # 不可变（可作为 dict key 或 set 元素）
class Color:
r: int
g: int
b: int
@dataclass
class Config:
name: str
tags: list[str] = field(default_factory=list) # 可变默认值必须用 field常见陷阱：可变默认值需要 field(default_factory=...)，使用 [] 或 {} 会导致所有实例共享同一对象。
7.2 dataclass vs 普通类 vs NamedTuple
| 特性 | dataclass | 普通类 | NamedTuple |
|---|---|---|---|
自动生成 __init__ | ✅ | ❌ | ✅ |
自动生成 __repr__ | ✅ | ❌ | ✅ |
| 可变性 | 默认可变 | 可变 | 不可变 |
| 继承 | 支持 | 支持 | 不支持 |
| 添加方法 | 支持 | 支持 | 支持 |
| 性能 | 中等 | 最快 | 最快（元组底层） |
| 类型检查 | 声明式 | 手动 | 声明式 |
最后更新: 2026-05-11