對編程語言比較熟悉的朋友，應該知道“反射”這個機制。Python作為一門動態語言，當然不會缺少這一重要功能。然而，在網路上卻很少見到有詳細或者深刻的剖析論文。下麵結合一個web路由的實例來闡述python的反射機制的使用場景和核心本質。 一、前言 在上面的代碼中，我們必須區分兩個概念，f1和“f1" ...
對編程語言比較熟悉的朋友，應該知道“反射”這個機制。Python作為一門動態語言，當然不會缺少這一重要功能。然而，在網路上卻很少見到有詳細或者深刻的剖析論文。下麵結合一個web路由的實例來闡述python的反射機制的使用場景和核心本質。
一、前言
1 def f1():
2 print("f1是這個函數的名字！")
3
4 s = "f1"
5 print("%s是個字元串" % s)
在上面的代碼中，我們必須區分兩個概念，f1和“f1"。前者是函數f1的函數名，後者只是一個叫”f1“的字元串，兩者是不同的事物。我們可以用f1()的方式調用函數f1，但我們不能用"f1"()的方式調用函數。說白了就是，不能通過字元串來調用名字看起來相同的函數！
二、web實例
考慮有這麼一個場景，根據用戶輸入的url的不同，調用不同的函數，實現不同的操作，也就是一個url路由器的功能，這在web框架里是核心部件之一。下麵有一個精簡版的示例：
首先，有一個commons模塊，它裡面有幾個函數，分別用於展示不同的頁面，代碼如下：
1 #coding:utf8 2 3 def login(): 4 print("這是一個登陸頁面！") 5 6 def logout(): 7 print("這是一個退出頁面！") 8 9 def home(): 10 print("這是網站主頁面！")
其次，有一個visit模塊，作為程式入口，接受用戶輸入，展示相應的頁面，代碼如下：（這段代碼是比較初級的寫法）
1 #coding:utf8 2 3 import commons 4 5 def run(): 6 inp = input("請輸入您想訪問頁面的url： ").strip() 7 if inp == "login": 8 commons.login() 9 elif inp == "logout": 10 commons.logout() 11 elif inp == "home": 12 commons.home() 13 else: 14 print("404") 15 16 if __name__ == '__main__': 17 run()
我們運行visit.py，輸入：home，頁面結果如下：
請輸入您想訪問頁面的url： home 這是網站主頁面！
這就實現了一個簡單的WEB路由功能，根據不同的url，執行不同的函數，獲得不同的頁面。
然而，讓我們考慮一個問題，如果commons模塊里有成百上千個函數呢(這非常正常)?。難道你在visit模塊里寫上成百上千個elif?顯然這是不可能的！那麼怎麼破？
三、反射機制
仔細觀察visit中的代碼，我們會發現用戶輸入的url字元串和相應調用的函數名好像！如果能用這個字元串直接調用函數就好了！但是，前面我們已經說了字元串是不能用來調用函數的。為瞭解決這個問題，python為我們提供一個強大的內置函數：getattr!我們將前面的visit修改一下，代碼如下：
1 #coding:utf8 2 3 import commons 4 5 def run(): 6 inp = input("請輸入您想訪問頁面的url： ").strip() 7 func = getattr(commons,inp) 8 func() 9 10 if __name__ == '__main__': 11 run()
首先說明一下getattr函數的使用方法：它接收2個參數，前面的是一個對象或者模塊，後面的是一個字元串，註意了！是個字元串！
例子中，用戶輸入儲存在inp中，這個inp就是個字元串，getattr函數讓程式去commons這個模塊里，尋找一個叫inp的成員（是叫，不是等於），這個過程就相當於我們把一個字元串變成一個函數名的過程。然後，把獲得的結果賦值給func這個變數，實際上func就指向了commons里的某個函數。最後通過調用func函數，實現對commons里函數的調用。這完全就是一個動態訪問的過程，一切都不寫死，全部根據用戶輸入來變化。
執行上面的代碼，結果和最開始的是一樣的。
這就是python的反射，它的核心本質其實就是利用字元串的形式去對象（模塊）中操作（查找/獲取/刪除/添加）成員，一種基於字元串的事件驅動！
這段話，不一定准確，但大概就是這麼個意思。
四、進一步完善
上面的代碼還有個小瑕疵，那就是如果用戶輸入一個非法的url，比如jpg，由於在commons里沒有同名的函數，肯定會產生運行錯誤，具體如下：
請輸入您想訪問頁面的url： jpg Traceback (most recent call last): File "F:/Python/pycharm/s13/reflect/visit.py", line 16, in <module> run() File "F:/Python/pycharm/s13/reflect/visit.py", line 11, in run func = getattr(commons,inp) AttributeError: module 'commons' has no attribute 'jpg'
那怎麼辦呢？其實，python考慮的很全面了，它同樣提供了一個叫hasattr的內置函數，用於判斷commons中是否具有某個成員。我們將代碼修改一下：
1 #coding:utf8 2 3 import commons 4 5 def run(): 6 inp = input("請輸入您想訪問頁面的url： ").strip() 7 if hasattr(commons,inp): 8 func = getattr(commons,inp) 9 func() 10 else: 11 print("404") 12 13 if __name__ == '__main__': 14 run()
通過hasattr的判斷，可以防止非法輸入錯誤，並將其統一定位到錯誤頁面。
其實，研究過python內置函數的朋友，應該註意到還有delattr和setattr兩個內置函數。從字面上已經很好理解他們的作用了。
python的四個重要內置函數：getattr、hasattr、delattr和setattr較為全面的實現了基於字元串的反射機制。他們都是對記憶體內的模塊進行操作，並不會對源文件進行修改。
五、動態導入模塊
上面的例子是在某個特定的目錄結構下才能正常實現的，也就是commons和visit模塊在同一目錄下，並且所有的頁面處理函數都在commons模塊內。如下圖：
但在現實使用環境中，頁面處理函數往往被分類放置在不同目錄的不同模塊中，也就是如下圖：
難道我們要在visit模塊里寫上一大堆的import 語句逐個導入account、manage、commons模塊嗎？要是有1000個這種模塊呢？
剛纔我們分析完了基於字元串的反射，實現了動態的函數調用功能，我們不禁會想那麼能不能動態導入模塊呢？這完全是可以的！
python提供了一個特殊的方法：__import__(字元串參數)。通過它，我們就可以實現類似的反射功能。__import__()方法會根據參數，動態的導入同名的模塊。
我們再修改一下上面的visit模塊的代碼。
1 #coding:Utf8 2 3 def run(): 4 inp = input("請輸入您想訪問頁面的url： ").strip() 5 modules, func = inp.split("/") 6 obj = __import__(modules) 7 if hasattr(obj, func): 8 func = getattr(obj, func) 9 func() 10 else: 11 print("404") 12 13 if __name__ == '__main__': 14 run()
運行一下：
1 請輸入您想訪問頁面的url： commons/home 2 這是網站主頁面！ 3 請輸入您想訪問頁面的url： account/find 4 這是一個查找功能頁面！
我們來分析一下上面的代碼：
首先，我們並沒有定義任何一行import語句；
其次，用戶的輸入inp被要求為類似“commons/home”這種格式，其實也就是模擬web框架里的url地址，斜杠左邊指向模塊名，右邊指向模塊中的成員名。
然後，modules,func = inp.split("/")處理了用戶輸入，使我們獲得的2個字元串，並分別保存在modules和func變數里。
接下來，最關鍵的是obj = __import__(modules)這一行，它讓程式去導入了modules這個變數保存的字元串同名的模塊，並將它賦值給obj變數。
最後的調用中，getattr去modules模塊中調用func成員的含義和以前是一樣的。
總結：通過__import__函數，我們實現了基於字元串的動態的模塊導入。
同樣的，這裡也有個小瑕疵！
如果我們的目錄結構是這樣的：
那麼在visit的模塊調用語句中，必須進行修改，我們想當然地會這麼做:
1 #coding:Utf8 2 3 def run(): 4 inp = input("請輸入您想訪問頁面的url： ").strip() 5 modules, func = inp.split("/") 6 obj = __import__("lib." + modules) #註意字元串的拼接 7 if hasattr(obj, func): 8 func = getattr(obj, func) 9 func() 10 else: 11 print("404") 12 13 if __name__ == '__main__': 14 run()
改了這麼一個地方:obj = __import__("lib." + modules)，看起來似乎沒什麼問題，和import lib.commons的傳統方法類似，但實際上運行的時候會有錯誤。
請輸入您想訪問頁面的url： commons/home 404 請輸入您想訪問頁面的url： account/find 404
為什麼呢？因為對於lib.xxx.xxx.xxx這一類的模塊導入路徑，__import__預設只會導入最開頭的圓點左邊的目錄，也就是“lib”。我們可以做個測試，在visit同級目錄內新建一個文件，代碼如下：
1 1 obj = __import__("lib.commons") 2 2 print(obj)
執行結果：
<module 'lib' (namespace)>
這個問題怎麼解決呢？加上fromlist = True參數即可！
1 #coding:utf8 2 3 def run(): 4 inp = input("請輸入您想訪問頁面的url： ").strip() 5 modules, func = inp.split("/") 6 obj = __import__("lib." + modules, fromlist=True) # 註意fromlist參數 7 if hasattr(obj, func): 8 func = getattr(obj, func) 9 func() 10 else: 11 print("404") 12 13 if __name__ == '__main__': 14 run()
至此，動態導入模塊的問題基本都解決了，只剩下最後一個，那就是萬一用戶輸入錯誤的模塊名呢？比如用戶輸入了somemodules/find，由於實際上不存在somemodules這個模塊，必然會報錯！那有沒有類似上面hasattr內置函數這麼個功能呢？答案是沒有！碰到這種，你只能通過異常處理來解決。
六、最後的思考
可能有人會問python不是有兩個內置函數exec和eval嗎？他們同樣能夠執行字元串。比如：
exec("print('haha')")結果：
haha
那麼直接使用它們不行嗎？非要那麼費勁地使用getattr， __import__幹嘛？
其實，在上面的例子中，圍繞的核心主題是如何利用字元串驅動不同的事件，比如導入模塊、調用函數等等，這些都是python的反射機制，是一種編程方法、設計模式的體現，凝聚了高內聚、松耦合的編程思想，不能簡單的用執行字元串來代替。當然，exec和eval也有它的舞臺，在web框架里也經常被使用。
