Comment faire un objet immuable en Python?

qui héritent de la classe Immutable suivante sont immuables, comme le sont leurs instances, après l'exécution de leur méthode __init__ . Puisque c'est python pur, comme d'autres l'ont souligné, il n'y a rien qui empêche quelqu'un d'utiliser les méthodes spéciales de mutation de la base object et type , mais c'est suffisant pour empêcher quelqu'un de muter une classe/instance par accident.

il fonctionne en détournant le processus de création de classe avec une métaclasse.

"""Subclasses of class Immutable are immutable after their __init__ has run, in
the sense that all special methods with mutation semantics (in-place operators,
setattr, etc.) are forbidden.

"""  

# Enumerate the mutating special methods
mutation_methods = set()
# Arithmetic methods with in-place operations
iarithmetic = '''add sub mul div mod divmod pow neg pos abs bool invert lshift
                 rshift and xor or floordiv truediv matmul'''.split()
for op in iarithmetic:
    mutation_methods.add('__i%s__' % op)
# Operations on instance components (attributes, items, slices)
for verb in ['set', 'del']:
    for component in '''attr item slice'''.split():
        mutation_methods.add('__%s%s__' % (verb, component))
# Operations on properties
mutation_methods.update(['__set__', '__delete__'])


def checked_call(_self, name, method, *args, **kwargs):
    """Calls special method method(*args, **kw) on self if mutable."""
    self = args[0] if isinstance(_self, object) else _self
    if not getattr(self, '__mutable__', True):
        # self told us it's immutable, so raise an error
        cname= (self if isinstance(self, type) else self.__class__).__name__
        raise TypeError('%s is immutable, %s disallowed' % (cname, name))
    return method(*args, **kwargs)


def method_wrapper(_self, name):
    "Wrap a special method to check for mutability."
    method = getattr(_self, name)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        return checked_call(_self, name, method, *args, **kwargs)
    wrapper.__name__ = name
    wrapper.__doc__ = method.__doc__
    return wrapper


def wrap_mutating_methods(_self):
    "Place the wrapper methods on mutative special methods of _self"
    for name in mutation_methods:
        if hasattr(_self, name):
            method = method_wrapper(_self, name)
            type.__setattr__(_self, name, method)


def set_mutability(self, ismutable):
    "Set __mutable__ by using the unprotected __setattr__"
    b = _MetaImmutable if isinstance(self, type) else Immutable
    super(b, self).__setattr__('__mutable__', ismutable)


class _MetaImmutable(type):

    '''The metaclass of Immutable. Wraps __init__ methods via __call__.'''

    def __init__(cls, *args, **kwargs):
        # Make class mutable for wrapping special methods
        set_mutability(cls, True)
        wrap_mutating_methods(cls)
        # Disable mutability
        set_mutability(cls, False)

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        '''Make an immutable instance of cls'''
        self = cls.__new__(cls)
        # Make the instance mutable for initialization
        set_mutability(self, True)
        # Execute cls's custom initialization on this instance
        self.__init__(*args, **kwargs)
        # Disable mutability
        set_mutability(self, False)
        return self

    # Given a class T(metaclass=_MetaImmutable), mutative special methods which
    # already exist on _MetaImmutable (a basic type) cannot be over-ridden
    # programmatically during _MetaImmutable's instantiation of T, because the
    # first place python looks for a method on an object is on the object's
    # __class__, and T.__class__ is _MetaImmutable. The two extant special
    # methods on a basic type are __setattr__ and __delattr__, so those have to
    # be explicitly overridden here.

    def __setattr__(cls, name, value):
        checked_call(cls, '__setattr__', type.__setattr__, cls, name, value)

    def __delattr__(cls, name, value):
        checked_call(cls, '__delattr__', type.__delattr__, cls, name, value)


class Immutable(object):

    """Inherit from this class to make an immutable object.

    __init__ methods of subclasses are executed by _MetaImmutable.__call__,
    which enables mutability for the duration.

    """

    __metaclass__ = _MetaImmutable


class T(int, Immutable):  # Checks it works with multiple inheritance, too.

    "Class for testing immutability semantics"

    def __init__(self, b):
        self.b = b

    @classmethod
    def class_mutation(cls):
        cls.a = 5

    def instance_mutation(self):
        self.c = 1

    def __iadd__(self, o):
        pass

    def not_so_special_mutation(self):
        self +=1

def immutabilityTest(f, name):
    "Call f, which should try to mutate class T or T instance."
    try:
        f()
    except TypeError, e:
        assert 'T is immutable, %s disallowed' % name in e.args
    else:
        raise RuntimeError('Immutability failed!')

immutabilityTest(T.class_mutation, '__setattr__')
immutabilityTest(T(6).instance_mutation, '__setattr__')
immutabilityTest(T(6).not_so_special_mutation, '__iadd__')

Le tiers attr module fournit cette fonctionnalité .

$ pip install attrs
$ python
>>> @attr.s(frozen=True)
... class C(object):
...     x = attr.ib()
>>> i = C(1)
>>> i.x = 2
Traceback (most recent call last):
   ...
attr.exceptions.FrozenInstanceError: can't set attribute

attr implémente les classes gelées en remplaçant __setattr__ et a un impact mineur sur les performances à chaque instant d'instanciation, selon la documentation.

si vous avez l'habitude d'utiliser des classes comme types de données, attr peut être particulièrement utile car il prend soin du boilerplate pour vous (mais ne fait pas de la magie). En particulier, il écrit neuf méthodes dunder (__X__) pour vous (sauf si vous désactivez l'une d'elles), y compris repr, init, hash et toutes les fonctions de comparaison.

attr fournit également un aide pour __slots__ .

une autre approche consiste à créer un wrapper qui rend une instance immuable.

class Immutable(object):

    def __init__(self, wrapped):
        super(Immutable, self).__init__()
        object.__setattr__(self, '_wrapped', wrapped)

    def __getattribute__(self, item):
        return object.__getattribute__(self, '_wrapped').__getattribute__(item)

    def __setattr__(self, key, value):
        raise ImmutableError('Object {0} is immutable.'.format(self._wrapped))

    __delattr__ = __setattr__

    def __iter__(self):
        return object.__getattribute__(self, '_wrapped').__iter__()

    def next(self):
        return object.__getattribute__(self, '_wrapped').next()

    def __getitem__(self, item):
        return object.__getattribute__(self, '_wrapped').__getitem__(item)

immutable_instance = Immutable(my_instance)

ceci est utile dans les situations où seulement quelques instances doivent être immuables (comme les arguments par défaut des appels de fonction).

peut également être utilisé dans des usines immuables comme:

@classmethod
def immutable_factory(cls, *args, **kwargs):
    return Immutable(cls.__init__(*args, **kwargs))

protège aussi de object.__setattr__ , mais peut tomber à d'autres trucs en raison de la nature dynamique de Python.

j'ai utilisé la même idée Qu'Alex: une méta-classe et un "marqueur init", mais en combinaison avec la sur-écriture _ _ setattr__:

>>> from abc import ABCMeta
>>> _INIT_MARKER = '_@_in_init_@_'
>>> class _ImmutableMeta(ABCMeta):
... 
...     """Meta class to construct Immutable."""
... 
...     def __call__(cls, *args, **kwds):
...         obj = cls.__new__(cls, *args, **kwds)
...         object.__setattr__(obj, _INIT_MARKER, True)
...         cls.__init__(obj, *args, **kwds)
...         object.__delattr__(obj, _INIT_MARKER)
...         return obj
...
>>> def _setattr(self, name, value):
...     if hasattr(self, _INIT_MARKER):
...         object.__setattr__(self, name, value)
...     else:
...         raise AttributeError("Instance of '%s' is immutable."
...                              % self.__class__.__name__)
...
>>> def _delattr(self, name):
...     raise AttributeError("Instance of '%s' is immutable."
...                          % self.__class__.__name__)
...
>>> _im_dict = {
...     '__doc__': "Mix-in class for immutable objects.",
...     '__copy__': lambda self: self,   # self is immutable, so just return it
...     '__setattr__': _setattr,
...     '__delattr__': _delattr}
...
>>> Immutable = _ImmutableMeta('Immutable', (), _im_dict)

Note: j'appelle directement la méta-classe pour qu'elle fonctionne à la fois pour Python 2.x et 3.x.

>>> class T1(Immutable):
... 
...     def __init__(self, x=1, y=2):
...         self.x = x
...         self.y = y
...
>>> t1 = T1(y=8)
>>> t1.x, t1.y
(1, 8)
>>> t1.x = 7
AttributeError: Instance of 'T1' is immutable.

il fonctionne aussi avec des fentes ...:

>>> class T2(Immutable):
... 
...     __slots__ = 's1', 's2'
... 
...     def __init__(self, s1, s2):
...         self.s1 = s1
...         self.s2 = s2
...
>>> t2 = T2('abc', 'xyz')
>>> t2.s1, t2.s2
('abc', 'xyz')
>>> t2.s1 += 'd'
AttributeError: Instance of 'T2' is immutable.

... et l'héritage multiple:

>>> class T3(T1, T2):
... 
...     def __init__(self, x, y, s1, s2):
...         T1.__init__(self, x, y)
...         T2.__init__(self, s1, s2)
...
>>> t3 = T3(12, 4, 'a', 'b')
>>> t3.x, t3.y, t3.s1, t3.s2
(12, 4, 'a', 'b')
>>> t3.y -= 3
AttributeError: Instance of 'T3' is immutable.

noter, cependant, que les attributs mutables restent pour être mutable:

>>> t3 = T3(12, [4, 7], 'a', 'b')
>>> t3.y.append(5)
>>> t3.y
[4, 7, 5]

une chose qui n'est pas vraiment incluse ici est l'immuabilité totale... pas seulement l'objet parent, mais tous les enfants. les tuples / frozensets peuvent être immuables par exemple, mais les objets dont ils font partie peuvent ne pas l'être. Voici une petite version (incomplète) qui fait un travail décent de renforcement de l'immutabilité tout le chemin vers le bas:

# Initialize lists
a = [1,2,3]
b = [4,5,6]
c = [7,8,9]

l = [a,b]

# We can reassign in a list 
l[0] = c

# But not a tuple
t = (a,b)
#t[0] = c -> Throws exception
# But elements can be modified
t[0][1] = 4
t
([1, 4, 3], [4, 5, 6])
# Fix it back
t[0][1] = 2

li = ImmutableObject(l)
li
[[1, 2, 3], [4, 5, 6]]
# Can't assign
#li[0] = c will fail
# Can reference
li[0]
[1, 2, 3]
# But immutability conferred on returned object too
#li[0][1] = 4 will throw an exception

# Full solution should wrap all the comparison e.g. decorators.
# Also, you'd usually want to add a hash function, i didn't put
# an interface for that.

class ImmutableObject(object):
    def __init__(self, inobj):
        self._inited = False
        self._inobj = inobj
        self._inited = True

    def __repr__(self):
        return self._inobj.__repr__()

    def __str__(self):
        return self._inobj.__str__()

    def __getitem__(self, key):
        return ImmutableObject(self._inobj.__getitem__(key))

    def __iter__(self):
        return self._inobj.__iter__()

    def __setitem__(self, key, value):
        raise AttributeError, 'Object is read-only'

    def __getattr__(self, key):
        x = getattr(self._inobj, key)
        if callable(x):
              return x
        else:
              return ImmutableObject(x)

    def __hash__(self):
        return self._inobj.__hash__()

    def __eq__(self, second):
        return self._inobj.__eq__(second)

    def __setattr__(self, attr, value):
        if attr not in  ['_inobj', '_inited'] and self._inited == True:
            raise AttributeError, 'Object is read-only'
        object.__setattr__(self, attr, value)

vous pouvez simplement annuler setAttr dans la déclaration finale d'init. Alors vous pouvez construire mais pas changer. Évidemment, vous pouvez toujours annuler par objet usint. setAttr mais dans la pratique la plupart des langues ont une forme de réflexion si immutable est toujours une abstraction qui fuit. Immutabilité est plus sur la prévention des clients de violer accidentellement le contrat d'un objet. J'utilise:

=============================

La solution originale proposée était incorrecte, elle a été mise à jour sur la base des commentaires en utilisant la solution de ici

la solution originale est erronée d'une manière intéressante, il est donc inclus au bas.

===============================

class ImmutablePair(object):

    __initialised = False # a class level variable that should always stay false.
    def __init__(self, a, b):
        try :
            self.a = a
            self.b = b
        finally:
            self.__initialised = True #an instance level variable

    def __setattr__(self, key, value):
        if self.__initialised:
            self._raise_error()
        else :
            super(ImmutablePair, self).__setattr__(key, value)

    def _raise_error(self, *args, **kw):
        raise NotImplementedError("Attempted To Modify Immutable Object")

if __name__ == "__main__":

    immutable_object = ImmutablePair(1,2)

    print immutable_object.a
    print immutable_object.b

    try :
        immutable_object.a = 3
    except Exception as e:
        print e

    print immutable_object.a
    print immutable_object.b

sortie:

1
2
Attempted To Modify Immutable Object
1
2

======================================

Mise En Œuvre Initiale:

il a été souligné dans les commentaires, à juste titre, que cela ne fonctionne pas en fait, car il empêche la création de plus d'un objet car vous supplantez la méthode setattr de classe, ce qui signifie qu'une seconde ne peut pas être créée en tant que soi.a = échouera lors de la deuxième initialisation.

class ImmutablePair(object):

    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b
        ImmutablePair.__setattr__ = self._raise_error

    def _raise_error(self, *args, **kw):
        raise NotImplementedError("Attempted To Modify Immutable Object")

la solution de base ci-dessous traite du scénario suivant:

• __init__() peut être écrit en utilisant les attributs comme d'habitude.
• après que L'objet est gelé pour attributs changements seulement:

l'idée est de remplacer la méthode __setattr__ et de remplacer son implémentation chaque fois que le statut gelé objet est changé.

donc nous avons besoin d'un peu méthode ( _freeze ) qui stocke ces deux implémentations et passe entre elles sur demande.

ce mécanisme peut être mis en œuvre à l'intérieur de la classe d'utilisateur ou hérité d'une classe spéciale Freezer comme indiqué ci-dessous:

class Freezer:
    def _freeze(self, do_freeze=True):
        def raise_sa(*args):            
            raise AttributeError("Attributes are frozen and can not be changed!")
        super().__setattr__('_active_setattr', (super().__setattr__, raise_sa)[do_freeze])

    def __setattr__(self, key, value):        
        return self._active_setattr(key, value)

class A(Freezer):    
    def __init__(self):
        self._freeze(False)
        self.x = 10
        self._freeze()