淺談__del__()方法的特殊用法

Python中有一些特殊方法，它們允許我們的類和Python更好地集成。在標準庫參考（Standard Library Reference）中，它們被稱為基本特殊方法，是與Python的其他特性無縫集成的基礎。

__del__()方法有一個讓人費解的使用場景。

這個方法的目的是在將一個對象從內存中清除之前，可以有機會做一些清理工作。如果使用上下文管理對象或者with語句來處理這種需求會更加清晰。對于Python的垃圾回收機制而言，創建一個上下文比使用__del__()更加容易預判。

但是，如果一個Python對象包含了一些操作系統的資源，__del__()方法是把資源從程序中釋放的最后機會。例如，引用了一個打開的文件、安裝好的設備或者子進程的對象，如果我們將資源釋放作為__del__()方法的一部分實現，那么我們就可以保證這些資源最后會被釋放。

很難預測什么時候__del__()方法會被調用。它并不總是在使用del語句刪除對象時被調用，當一個對象因為命名空間被移除而被刪除時，它也不一定被調用。Python文檔中用不穩定來描述__del__()方法的這種行為，并且提供了額外的關于異常處理的注釋：運行期的異常會被忽略，相對地，會使用sys.stderr打印一個警告。

基于上面的這些原因，通常更傾向于使用上下文管理器，而不是實現__del__()。

1. 引用計數和對象銷毀

CPython的實現中，對象會包括一個引用計數器。當對象被賦值給一個變量時，這個計數器會遞增；當變量被刪除時，這個計數器會遞減。當引用計數器的值為0時，表示我們的程序不再需要這個對象，并且可以銷毀這個對象。對于簡單對象，當執行刪除對象的操作時會調用__del__()方法。

對于包含循環引用的復雜對象，引用計數器有可能永遠也不會歸零，這樣就很難讓__del__()方法被調用。

我們用下面的一個類來看看這個過程中到底發生了什么。

class?Noisy:?　　def?__del__(?self?):?　　　　print(?"Removing?{0}".format(id(self))?)

我們可以像下面這樣創建和刪除這個對象。

>>>?x=?Noisy()?>>>del?x?Removing?4313946640

我們先創建，然后刪除了Noisy對象，幾乎是立刻就看到了__del__()方法中輸出的消息。這也就是說，當變量x被刪除后，引用計數器正確地歸零了。一旦變量被刪除，就沒有任何地方引用Noisy實例，所以它也可以被清除。

下面是淺復制中一種常見的情形。

>>>?ln?=?[?Noisy(),?Noisy()?]?>>>?ln2=?ln[:]?>>>?del?ln

Python沒有響應del語句。這說明這些Noisy對象的引用計數器還沒有歸零，肯定還有其他地方引用了它們，下面的代碼驗證了這一點。

>>>?del?ln2?Removing?4313920336?Removing?4313920208

ln2變量是ln列表的一個淺復制。有兩個列表引用了Noisy對象，所以在這兩個列表被刪除并且引用計數器歸零之前，Python不會銷毀這兩個Noisy對象。

還有很多種創建淺復制的方法。下面是其中的一些。

a?=?b?=?Noisy()?c?=?[?Noisy()?]?*?2

這里的關鍵是，由于淺復制在Python中非常普遍，所以我們往往對存在的對象的引用感到非常困惑。

2. 循環引用和垃圾回收

下面是一種常見的循環引用的情形。一個父類包含一個子類的集合，同時集合中的每個子類實例又包含父類的引用。

下面我們用這兩個類來看看循環引用。

class?Parent:?　　def?__init__(?self,?*children?):?　　　　self.children=?list(children)?　　　　for?child?in?self.children:?　　　　　　child.parent=?self?　　def?__del__(?self?):?　　　　print(?"Removing?{__class__.__name__}?{id:d}".?format(?__class__=self.__class__,?id=id(self))?)?class?Child:?　　def?__del__(?self?):?　　　　print(?"Removing?{__class__.__name__}?{id:d}".?format(?__class__=self.__class__,?id=id(self))?)

一個Parent的instance包括一個children的列表。

每一個Child的實例都有一個指向Parent類的引用。當向Parent內部的集合中插入新的Child實例時，這個引用就會被創建。

我們故意把這兩個類寫得比較復雜，所以下面讓我們看看當試圖刪除對象時，會發生什么。

>>>>?p?=?Parent(?Child(),?Child()?)?>>>?id(p)?4313921808?>>>?del?p

Parent和它的兩個初始Child實例都不能被刪除，因為它們之間互相引用。

下面，我們創建一個沒有Child集合的Parent實例。

>>>?p=?Parent()?>>>?id(p)?4313921744?>>>?del?p?Removing?Parent?4313921744

和我們預期的一樣，這個Parent實例成功地被刪除了。

由于互相之間有引用存在，因此我們不能從內存中刪除Parent實例和它包含的Child實例的集合。如果我們導入垃圾回收器的接口——gc，我們就可以回收和顯示這些不能被刪除的對象。

下面的代碼中，我們使用了gc.collect()方法回收所有定義了__del__()方法但是無法被刪除的對象。

>>>?import?gc?>>>?gc.collect()?174?>>>?gc.garbage?[<__main__.Parent?object?at?0x101213910>,?<__main__.Child?object?at?0x101213890>,?<__main__.Child?object?at?0x101213650>,?<__main__.Parent?object?at?0x101213850>,?<__main__.Child?object?at?0x1012130d0>,?<__main__.Child?object?at?0x101219a10>,?<__main__.Parent?object?at?0x101213250>,?<__main__.Child?object?at?0x101213090>,?<__main__.Child?object?at?0x101219810>,?<__main__.Parent?object?at?0x101213050>,?<__main__.Child?object?at?0x101213210>,?<__main__.Child?object?at?0x101219f90>,?<__main__.Parent?object?at?0x101213810>,?<__main__.Child?object?at?0x1012137d0>,?<__main__.Child?object?at?0x101213790>]

可以看到，我們的Parent對象（例如，4313921808的ID = 0x101213910）在不可刪除的垃圾對象列表中很突出。為了讓引用計數器歸零，我們需要刪除所有Parent對象中的children列表，或者刪除所有Child實例中對Parent的引用。

注意，即使把清理資源的代碼放在__del__()方法中，我們也沒辦法解決循環引用的問題。因為__del__()方法是在循環引用被解除并且引用計數器已經歸零之后被調用的。當有循環引用時，我們不能只是簡單地依賴于Python中計算引用數量的機制來清理內存中的無用對象。我們必須顯式地解除循環引用或者使用可以保證垃圾回收的weakref引用。

3. 循環引用和weakref模塊

如果我們需要循環引用，但是又希望將清理資源的代碼寫在__del__()中，這時候我們可以使用弱引用。循環引用的一個常見場景是互相引用：一個父類中包含了一個集合，集合中的每一個實例也包含了一個指向父類的引用。如果一個Player對象中包含多個Hand實例，那么在每一個Hand對象中都包括一個指向對應的Player類的引用可能會更方便。

默認的對象間的引用可以被稱為強引用，但是，叫直接引用可能更好。Python的引用計數機制會直接使用它們，而且如果引用計數無法刪除這些對象的話，垃圾回收機器也能及時發現。它們是不可忽略的對象。

對一個對象的強引用就是直接引用，下面是一個例子。

當我們遇到如下語句。

a=?B()

變量a直接引用了B類的一個對象。此時B的引用計數至少是1，因為a變量包含了一個指向它的引用。

想要找個一個弱引用相關的對象需要兩個步驟。一個弱引用會調用x.parent()，這個函數將弱引用作為一個可調用對象來查找它真正的父對象。這個過程讓引用計數器得以歸零，垃圾回收器可以回收引用的對象，但是不回收這個弱引用。

weakref定義了一系列使用了弱引用而沒有使用強引用的集合。它讓我們可以創建一種特殊的字典類型，當這種字典的對象沒有用時，可以保證被垃圾回收。

我們可以修改Parent和Child類，在Child指向Parent的引用中使用弱引用，這樣就可以簡單地保證無用對象會被銷毀。

下面是修改后的類，它在Child指向Parent的引用中使用了弱引用。

import?weakref?class?Parent2:?　　def?__init__(?self,?*children?):?　　　　self.children=?list(children)?　　　　for?child?in?self.children:?　　　　　　child.parent=?weakref.ref(self)?　　def?__del__(?self?):?　　　　print(?"Removing?{__class__.__name__}?{id:d}".format(?__class__=?self.__class__,?id=id(self))?)

我們將Child中的parent引用改為一個weakref對象的引用。

在Child類中，我們必須用上面說的兩步操作來定位parent對象。

p?=?self.parent()?if?p?is?not?None:?　　#?process?p,?the?Parent?instance?else:?　　#?the?parent?instance?was?garbage?collected.

我們可以顯式地確認引用的對象是否已經找到，因為有可能該引用已經變成虛引用。

當我們使用這個新的Parent2類時，可以看到引用計數成功地歸零同時對象也被刪除了。

>>>?p?=?Parent2(?Child(),?Child()?)?>>>?del?p?Removing?Parent2?4303253584?Removing?Child?4303256464?Removing?Child?4303043344

當一個weakref引用變成死引用時（因為引用被銷毀了），我們有3個可能的方案。

重新創建引用對象，或重新從數據庫中加載。

當垃圾回收器在低內存情況下錯誤地刪除了一些對象時，使用warnings模塊記錄調試信息。

忽略這個問題。

通常，weakref引用變成死引用是因為響應的對象已經被刪除了。例如，變量的作用域已經執行結束，一個沒有用的命名空間，應用程序正在關閉。對于這個原因，通常我們會采取第3種響應方法。因為試圖創建這個引用的對象時很可能馬上就會被刪除。

4. __del__()方法和close()方法

__del__()方法最常見的用途是確保文件被關閉。

通常，包含文件操作的類都會有類似下面這樣的代碼。

__del__?=?close

這會保證__del__()方法同時也是close()方法。

其他更復雜的情況最好使用上下文管理器。

以上內容節選自《Python面向對象編程指南》

Steven F. Lott的編程生涯開始于20世紀70年代，那時候計算機體積很大、昂貴并且非常少見。作為軟件工程師和架構師，他參與了100多個不同規模的項目研發。在使用Python解決業務問題方面，他已經有10多年的經驗了。

Steven目前是自由職業者，居住在美國東海岸。他的技術博客是：http://slott-softwarearchitect.blogspot.com。

譯者：

張心韜——新加坡國立大學系統分析碩士，北京航空航天大學北海學院軟件工程學士。曾經就職于NEC（新加坡）和MobileOne（新加坡），目前投身金融領域，就職于GoSwiff（新加坡），擔任.NET軟件工程師，負責支付系統的研發工作。

他在編程領域耕耘數年，涉獵甚廣，但自認“既非菜鳥，也非高人”。目前長期專注于.NET平臺，對Python也甚為喜愛。業余時間愛好甚廣，尤其喜歡學習中醫知識，對時間管理、經濟和歷史也略有涉獵。

蘭亮：北京航空航天大學北海學院軟件工程學士，IT行業一線“碼農”，曾獲評“微軟2014年度MVP”和“微軟2015年度MVP”。曾一度混跡于飛信（中國）、NEC（新加坡）和MobileOne（新加坡），現就職于Keritos（新加坡），從事在線游戲研發工作。

他雖然涉獵廣泛，但鐘愛開源，長期關注前沿技術，并且對算法、函數式編程、設計模式以及IT文化等有著濃厚興趣。工作之余，他喜歡在Coursera蹭課。作為一個熱愛生活的人，他在鉆研技術之余，還喜歡健身、旅行，立志成為一個陽光、向上的“碼農”。

蘭亮個人網站 ：?www.lan-liang.me

博客：http://blog.csdn.net/lan_liang

本文轉載自異步社區

軟件開發 編程語言 python

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