函数的描述符特性与绑定方法的生成机制

函数的描述符特性与绑定方法的生成机制

一、为什么把两件事放在同一篇讲

在 Python 中，「函数」（function）本身是一种非数据描述符（non-data descriptor）。
解释器把函数放进类属性槽里时，正是靠描述符协议把它**魔术般地」变成「绑定方法」（bound method）。
理解描述符是理解「方法绑定」的唯一入口；理解绑定过程又能反向验证描述符的工作方式。二者不可分割。

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二、描述符协议（descriptor protocol）速览

协议成员	是否必须	调用时机	作用
__get__(self, obj, objtype=None)	必须	读取属性时	返回「计算后的值」
__set__(self, obj, value)	可选	赋值时	拦截写操作
__delete__(self, obj)	可选	del 时	拦截删除

• 数据描述符：至少实现 __set__ 或 __delete__；优先级高于实例字典。
• 非数据描述符：只实现 __get__；优先级低于实例字典，高于类字典的普通值。

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三、函数对象：一个典型的非数据描述符

CPython 源码：Objects/funcobject.c
PyFunction 结构体里自带：

PyDescrObject f_descr;   /* 嵌入的 descriptor 头部 */

因此所有函数天生带 __get__，签名：

function.__get__(self, obj, objtype=None) -> method

• obj is None → 返回未绑定函数本身（Python 3 里就是原函数）。
• obj is not None → 返回绑定方法，把 obj 作为第一个参数（self）固化。

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四、绑定方法（bound method）的生成过程

1. 类属性检索
   MyClass.spam 触发 type.__getattribute__ → PyType_Lookup 找到类字典里的函数对象 spam。

2. 描述符触发
   因为函数实现了 __get__，解释器转而执行：
   method = spam.__get__(None, MyClass) # 未绑定
   或
   method = spam.__get__(instance, MyClass) # 绑定

3. 方法对象诞生
   CPython 内部新建一个 PyMethodObject，保存：

   • im_func → 原函数指针
   • im_self → 绑定的实例（或 NULL）
   • im_class → 所属类
     这一步对用户完全透明。

4. 调用阶段
   绑定方法被执行时，它的 __call__ 把 im_self 插到参数列表最前面，再转发给 im_func。

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五、代码级演示：从函数到绑定方法

class Foo:
    def bar(self, x):
        return x * 2

f = Foo()
print(Foo.bar)   # <function Foo.bar at ...>   （未绑定）
print(f.bar)     # <bound method Foo.bar of <__main__.Foo object ...>>

验证描述符身份：

>>> Foo.bar.__get__(None, Foo) is Foo.bar
True
>>> f.bar.__func__ is Foo.bar
True
>>> f.bar.__self__ is f
True

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六、静态方法与类方法：描述符的「二次包装」

staticmethod / classmethod 同样是描述符，只是它们在 __get__ 里不返回原函数，而是返回：

• staticmethod：原函数（无绑定）
• classmethod：绑定到类对象的新方法

源码级等价：

class staticmethod:
    def __init__(self, func):
        self.func = func
    def __get__(self, obj, objtype=None):
        return self.func

class classmethod:
    def __init__(self, func):
        self.func = func
    def __get__(self, obj, objtype=None):
        if objtype is None:
            objtype = type(obj)
        return self.func.__get__(objtype, objtype)

因此：
函数 → 描述符 →（被 staticmethod/classmethod 再次包装）→ 新的描述符
形成一条「描述符链」。

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七、优先级现场实验

class A:
    def f(self): pass          # 非数据描述符

a = A()
a.f = 123                     # 实例字典覆盖
print(a.f)                    # 123
del a.f                       # 删除后恢复描述符
print(a.f)                    # <bound method A.f ...>

把函数升级为数据描述符：

class DataDescriptor:
    def __get__(self, obj, objtype=None):
        return 42
    def __set__(self, obj, value):
        pass

class B:
    f = DataDescriptor()

b = B()
b.f = 99
print(b.f)   # 42，优先级：数据描述符 > 实例字典

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八、CPython 源码级鸟瞰（快速索引）

文件	关键函数	说明
Objects/funcobject.c	func_descr_get	函数描述符入口
Objects/classobject.c	method_call	绑定方法执行
Objects/typeobject.c	type_getattro	属性检索总控
Python/ceval.c	_PyMethodDef_RawFastCall	方法调用加速

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九、常见面试速答模板

Q: “Python 的函数写在类里就能自动变成方法，底层是怎么做到的？”
A:
函数本身是非数据描述符，实现了 __get__(self, obj, cls)。
类属性检索时，解释器发现它带描述符协议，于是把 obj 传进去；
__get__ 返回一个新对象——绑定方法，内部保存原函数与实例。
调用阶段，绑定方法把实例插到参数最前面，再转发给原函数，于是看似“自动传 self”。

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十、结论一句话

函数 →（描述符协议）→ 绑定方法；
静态/类方法 →（再包装成描述符）→ 改变绑定规则。
整个“方法”概念在 Python 里完全是描述符协议的副作用，无魔法，唯协议。