靠默契保證的私有制：Python 中的私有
人類文明開化以來，私有制似乎是人類歷史的主流在西方國家，“私有財產(chǎn)神圣不可侵犯” 是很多資本主義國家的立國原則之一。在我國，“私有財產(chǎn)不可侵犯” 也是寫在憲法中的。在人類社會中，私有制表面由由法律保證，實質(zhì)上是有法律背后的國家強制力保證。
試圖反映世界萬物的編程語言，便也產(chǎn)生了私有的概念。在大部分面向?qū)ο蟮木幊陶Z言中，對象可以設(shè)置其變量和方法為私有。私有變量和方法只能自己使用，即使其子對象都不能訪問。大部分編程語言中的私有制，和現(xiàn)實生活中的私有制一樣，也是有強制力保證的。只是這部分強制力來自編程語言本身。比如下面的 Java 代碼
- public class Person{
- private int money = 0
- }
Java 語言強制地讓 money 只能內(nèi)部訪問。但并不是所有編程語言都是這樣的，Python 就是其中一朵奇葩。Python 中的私有制是由默契保證的。
Python 中的私有制
我們知道 Python 是一門很隨意的編程語言，并沒有由語言提供的權(quán)限控制機制。雖然 Python 對象中的所有屬性都可以被外界訪問，但我們可以構(gòu)造出一個偽私有來，如下面的代碼。
- class Person:
- def __init__(self):
- self.__age = 10
上面的代碼定義了一個 Person 類, 有 __age 表示的年齡屬性。神奇的事情發(fā)生了：
- >> p = Person()
- >> p.__age
- Traceback (most recent call last):
- File "<stdin>", line 1, in <module>
- AttributeError: Person instance has no attribute '__age'
Person 的對象中沒有年齡屬性。噢耶，私有制完成。這個現(xiàn)象的原理簡單明了：以 __ 打頭并且不以 __ 結(jié)尾的屬性變量，都會自動更名為 _類名__變量名。比如上面的 __age 實際名字是 _Person__age。如果外界不認(rèn)這個私有，直接訪問 _Person_age 是可以破壞這個私有制的。所以這個私有制是建立在開發(fā)者之間的默契的基礎(chǔ)上：“你既然這么設(shè)計了，說明這個變量你不希望我訪問或者修改，那我就不訪問或者修改了”，并不是建立在強制力的基礎(chǔ)上。
訪問權(quán)限控制
私有制的一個大用處就是控制訪問，讓一些變量可讀不可寫。比如寫成下面那樣，我們就可以通過 age() 訪問年齡屬性了。
- class Person:
- def __init__(self):
- self.__age = 10
- def age(self):
- return self.__age
對于 Python 可讀不可寫變量，我們需要注意有兩點和其他語言不一樣。***點是 Python 提供了 property 修飾符，可以讓函數(shù)看起了像變量，但***不用。這是因為看起來像變量，不是很熟悉內(nèi)部機制的開發(fā)者很容易去改動它，比如下面的例子。
- class Person:
- def __init__(self):
- self.__age = 10
- @property
- def age(self):
- return self.__age
- >> p = Person()
- >> p.age
- 10
- >> p.age = 25
- >> p._Person__age
- 10
- >> p.age
- 25
p.age = 25 是構(gòu)建了一個新變量 age = 25, 原來的 .age 就不見了。這時候雖然實際的年齡屬性 _Person__age 并沒有被改變，但程序通過 .age 訪問不到它了。
第二點是需要注意聚合類型的屬性變量。聚合類型變量中的 list, set 和 dict 中的元素可變。如果一個對象的屬性變量是這些聚合類型，那么可以通過修改其元素的方式改變其內(nèi)容，如下所示。
- class Person:
- def __init__(self):
- self.__lessons = ["Chinese","English","Math"]
- def lessons(self):
- return self.__lessons
- >> p = Person()
- >> p.lessons
- ["Chinese","English","Math"]
- >> p.lessons[0] = "CS"
- >> p.lessons
- ["CS","English","Math"]
解決這個問題的辦法就是用 tuple, fronzenset 和 fronzendict。
- class Person:
- def __init__(self):
- self.__lessons = ["Chinese","English","Math"]
- def lessons(self):
- return tuple(self.__lessons)
RoomAI 的例子
最近在開發(fā)非***信息游戲 AI 環(huán)境：RoomAI (點擊原文可以查看 RoomAI)。RoomAI 的目標(biāo)是提供一些非***信息游戲環(huán)境和一些基線模型算法，方便 AI 開發(fā)人員快速地構(gòu)建、測試和對比自己的非***游戲 AI 算法。目前 RoomAI 已經(jīng)支持德州、梭哈和七鬼。RoomAI 的基本流程如下所示：玩家 AI 獲得游戲環(huán)境給出的信息，當(dāng)前玩家 AI 選擇合適的動作，游戲環(huán)境根據(jù)該動作推進(jìn)游戲邏輯;重復(fù)上述過程，直到分出勝負(fù)。給玩家 AI 的信息必須進(jìn)行訪問權(quán)限控制，那么玩家 AI 有可能通過信息獲取游戲秘密或者操縱游戲。
為了實現(xiàn)這個目的，之前的做法是深度拷貝游戲環(huán)境給出的信息。了解了 Python 私有和訪問權(quán)限控制，我們很容易想到用這套機制改造之。改造之后，我們通過 RoomAI 中 5 個 AI 對戰(zhàn) 10000 局七鬼游戲?qū)嶒灒瑢Ρ瓤截惙椒ê驮L問控制方法的效率。
其中原始 copy 是直接使用 copy.deepcopy 進(jìn)行拷貝，改進(jìn)拷貝是自己實現(xiàn)了 __ deepcopy __ 函數(shù)，訪問控制則是使用私有變量從而使得信息可讀不可寫。很明顯地，訪問控制方法效率比拷貝方法的高不少。
總結(jié)
試圖反映世界萬物的編程語言也有私有的概念。在大部分面向?qū)ο蟮木幊陶Z言中，對象可以設(shè)置其變量和方法為私有。私有變量和方法只能自己使用，即使其子對象都不能訪問。大部分編程語言中的私有制，和現(xiàn)實生活中的私有制一樣，也是有強制力保證的。只是這部分強制力來自編程語言本身。但并不是所有編程語言都是這樣的，Python 就是其中一朵奇葩。Python 中的私有制是由默契保證的。私有制的作用之一就是訪問控制，可以使得某些屬性可讀不可寫。我們將這個做法用到非***信息游戲 AI 環(huán)境 RoomAI 中，提供了運行的效率。
【本文為51CTO專欄作者“李立”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過51CTO獲取聯(lián)系和授權(quán)】
