摘要：大家好，上一期受到了朋友的啟發(fā)，這一期我主要記錄一下我的的學習過程。

大家好，上一期受到了朋友的啟發(fā)，這一期我主要記錄一下我的Dataclasses的學習過程。

之前簡單回顧了attrs的用法，這一期來看更簡潔的自帶寫類神器：dataclasses，需要注意，版本要大于等于Python 3.7

官方文檔鏈接： Data Classes
下面直接來看例子：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Position:
    name: str
    lon: float
    lat: float

可以發(fā)現(xiàn)，主要起作用的是裝飾符@dataclass ，需要注意，如果想要使用dataclass，需要Python 3.7或更高版本
使用dataclass的好處是可以節(jié)省書寫__init()__等一些常用的實例方法

這里創(chuàng)建一個Position類，用來顯示一個地點的位置

name：地點的名字

lon：經(jīng)度

lat：緯度

新建一個實例來看看:

>>> pos = Position("Oslo", 10.8, 59.9)
>>> print(pos)
Position(name="Oslo", lon=10.8, lat=59.9)
>>> pos.lat
59.9
>>> print(f"{pos.name} is at {pos.lat}°N, {pos.lon}°E")
Oslo is at 59.9°N, 10.8°E

除了這種方法，還要一種類似創(chuàng)建namedtuple的方式也可以：

from dataclasses import make_dataclass

Position = make_dataclass("Position", ["name", "lat", "lon"])

讓我們看看如何給類的屬性添加默認值：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Position:
    name: str
    lon: float = 0.0
    lat: float = 0.0

效果和普通的類設(shè)定初始值的效果是一樣的：

>>> Position("Null Island")
Position(name="Null Island", lon=0.0, lat=0.0)
>>> Position("Greenwich", lat=51.8)
Position(name="Greenwich", lon=0.0, lat=51.8)
>>> Position("Vancouver", -123.1, 49.3)
Position(name="Vancouver", lon=-123.1, lat=49.3)

大家可以發(fā)現(xiàn)我們的Positon類規(guī)定了三個屬性的類型：

name：str

lon：float

lat：float

現(xiàn)在如果想要開放限制，允許任意的數(shù)據(jù)類型，可以這么做:

from dataclasses import dataclass
from typing import Any

@dataclass
class WithoutExplicitTypes:
    name: Any
    value: Any = 42

這樣運行的時候不會報錯，哪怕瞎傳參：

>>> Position(3.14, "pi day", 2018)
Position(name=3.14, lon="pi day", lat=2018)

現(xiàn)在我們想要計算兩個地點的距離，可以參考如下公式：

根據(jù)這個公式為類添加一個.distance_to()方法

from dataclasses import dataclass
from math import asin, cos, radians, sin, sqrt

@dataclass
class Position:
    name: str
    lon: float = 0.0
    lat: float = 0.0

    def distance_to(self, other):
        r = 6371  # Earth radius in kilometers
        lam_1, lam_2 = radians(self.lon), radians(other.lon)
        phi_1, phi_2 = radians(self.lat), radians(other.lat)
        h = (sin((phi_2 - phi_1) / 2)**2
             + cos(phi_1) * cos(phi_2) * sin((lam_2 - lam_1) / 2)**2)
        return 2 * r * asin(sqrt(h))

實驗一下：

>>> oslo = Position("Oslo", 10.8, 59.9)
>>> vancouver = Position("Vancouver", -123.1, 49.3)
>>> oslo.distance_to(vancouver)
7181.7841229421165

目前為止我們已經(jīng)看到了dataclass的基礎(chǔ)用法，現(xiàn)在我們看看根據(jù)實際需要，有哪些其他靈活的應(yīng)用方式。

現(xiàn)在創(chuàng)建兩個類，紙牌類和牌庫類，紙牌類的屬性包括花色和數(shù)字，牌庫是List類型，包含紙牌類的一些實例

from dataclasses import dataclass
from typing import List

@dataclass
class PlayingCard:
    rank: str
    suit: str

@dataclass
class Deck:
    cards: List[PlayingCard]

現(xiàn)在向牌庫添加紅桃Q和黑桃A的操作可以這樣:

>>> queen_of_hearts = PlayingCard("Q", "Hearts")
>>> ace_of_spades = PlayingCard("A", "Spades")
>>> two_cards = Deck([queen_of_hearts, ace_of_spades])
Deck(cards=[PlayingCard(rank="Q", suit="Hearts"),
 PlayingCard(rank="A", suit="Spades")])

現(xiàn)在我們可以創(chuàng)建一套完整的撲克牌牌庫，注意這里使用了符號表示花色，建議在實際環(huán)境中改換為字符串：

RANKS = "2 3 4 5 6 7 8 9 10 J Q K A".split()
SUITS = "? ? ? ?".split()

def make_french_deck():
    return [PlayingCard(r, s) for s in SUITS for r in RANKS]

>>> make_french_deck()
[PlayingCard(rank="2", suit="?"), PlayingCard(rank="3", suit="?"), ...
 PlayingCard(rank="K", suit="?"), PlayingCard(rank="A", suit="?")]

理論上，我們可以把這個方法作為Deck類的初始變量，但是根本不行，因為它可變：

from dataclasses import dataclass
from typing import List

@dataclass
class Deck:  # Will NOT work
    cards: List[PlayingCard] = make_french_deck()

面對這種情況，dataclass的解決方案是使用default_factory函數(shù)作為field的參數(shù)來指明：

from dataclasses import dataclass, field
from typing import List

@dataclass
class Deck:
    cards: List[PlayingCard] = field(default_factory=make_french_deck)

現(xiàn)在就沒有任何問題了：

>>> Deck()
Deck(cards=[PlayingCard(rank="2", suit="?"), PlayingCard(rank="3", suit="?"), ...
 PlayingCard(rank="K", suit="?"), PlayingCard(rank="A", suit="?")])

現(xiàn)在簡單總結(jié)一下dataclass中使用field涉及到的關(guān)鍵參數(shù)：

default: Default value of the field

default_factory: Function that returns the initial value of the field

init: Use field in .__init__() method? (Default is True.)

repr: Use field in repr of the object? (Default is True.)

compare: Include the field in comparisons? (Default is True.)

hash: Include the field when calculating hash()? (Default is to use the same as for compare.)

metadata: A mapping with information about the field

最后這個metadata有點像前端h5中的那個，就是可以為類的一個屬性添加一個額外的描述信息：

from dataclasses import dataclass, field

@dataclass
class Position:
    name: str
    lon: float = field(default=0.0, metadata={"unit": "degrees"})
    lat: float = field(default=0.0, metadata={"unit": "degrees"})

可以發(fā)現(xiàn)，傳遞的是一個dict，現(xiàn)在可以使用fields來查看一個屬性的附加信息了：

>>> from dataclasses import fields
>>> fields(Position)
(Field(name="name",type=,...,metadata={}),
 Field(name="lon",type=,...,metadata={"unit": "degrees"}),
 Field(name="lat",type=,...,metadata={"unit": "degrees"}))
>>> lat_unit = fields(Position)[2].metadata["unit"]
>>> lat_unit
"degrees"

這里指的就是常用的repr(obj)和str(obj)
先看一下剛才的Deck()描述：

>>> Deck()
Deck(cards=[PlayingCard(rank="2", suit="?"), PlayingCard(rank="3", suit="?"), PlayingCard(rank="4", suit="?"), PlayingCard(rank="5", suit="?")...

有些過長了，讓我們用傳統(tǒng)的str或者repr來表達，首先從紙牌類PlayingCard開始：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class PlayingCard:
    rank: str
    suit: str

    def __str__(self):
        return f"{self.suit}{self.rank}"

>>> ace_of_spades = PlayingCard("A", "?")
>>> ace_of_spades
PlayingCard(rank="A", suit="?")
>>> print(ace_of_spades)
?A

現(xiàn)在看上去好多了，現(xiàn)在再自定義下牌庫類Deck的描述：

from dataclasses import dataclass, field
from typing import List

@dataclass
class Deck:
    cards: List[PlayingCard] = field(default_factory=make_french_deck)

    def __repr__(self):
        cards = ", ".join(f"{c!s}" for c in self.cards)
        return f"{self.__class__.__name__}({cards})"

這回看上去舒服多了：

>>> Deck()
Deck(?2, ?3, ?4, ?5, ?6, ?7, ?8, ?9, ?10, ?J, ?Q, ?K, ?A,
 ?2, ?3, ?4, ?5, ?6, ?7, ?8, ?9, ?10, ?J, ?Q, ?K, ?A,
 ?2, ?3, ?4, ?5, ?6, ?7, ?8, ?9, ?10, ?J, ?Q, ?K, ?A,
 ?2, ?3, ?4, ?5, ?6, ?7, ?8, ?9, ?10, ?J, ?Q, ?K, ?A)

其實這里和FrozenSet有點像，無非在裝飾器中添加了一個參數(shù)frozen=True：

from dataclasses import dataclass

@dataclass(frozen=True)
class Position:
    name: str
    lon: float = 0.0
    lat: float = 0.0

在這樣一個frozen data class中，我們不能隨意賦值：

>>> pos = Position("Oslo", 10.8, 59.9)
>>> pos.name
"Oslo"
>>> pos.name = "Stockholm"
dataclasses.FrozenInstanceError: cannot assign to field "name"

使用dataclass的繼承也比較簡單，和普通類的繼承沒有太大區(qū)別：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Position:
    name: str
    lon: float
    lat: float

@dataclass
class Capital(Position):
    country: str

>>> Capital("Oslo", 10.8, 59.9, "Norway")
Capital(name="Oslo", lon=10.8, lat=59.9, country="Norway")

這里可以發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)建Capital類的實例時會自動繼承了父類的屬性，我們只需要額外加入country這個新屬性就可以了

假如父類初始化時有默認值：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class Position:
    name: str
    lon: float = 0.0
    lat: float = 0.0

@dataclass
class Capital(Position):
    country: str = "Unknown"
    lat: float = 40.0

可以用我之前提到的slot方法進行優(yōu)化：

from dataclasses import dataclass

@dataclass
class SimplePosition:
    name: str
    lon: float
    lat: float

@dataclass
class SlotPosition:
    __slots__ = ["name", "lon", "lat"]
    name: str
    lon: float
    lat: float

這次我記錄了dataclass的基礎(chǔ)用法，是參考了別人的文章，如果想要了解更多，還是要到官方文檔去看

我的其他原創(chuàng)文章已經(jīng)放到了Github上，如果感興趣的朋友可以去看看，鏈接如下：

Python 精品練習題100道

Python 實用技巧匯總

Python Pandas教程