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Python 如何实现不可变对象?

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-20 14:24:09

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来源于php中文网

原创

Python中可通过__slots__+__setattr__、@dataclass(frozen=True)等方式实现类的不可变性,需注意嵌套可变对象导致的“伪不可变”问题,应通过深拷贝、转为tuple或只读属性规避。

python 如何实现不可变对象?

Python 中没有原生的“不可变对象”关键字,但可以通过多种方式让自定义类的行为接近不可变——核心是阻止实例属性被修改,同时确保内部状态不被外部篡改。

使用 __slots__ 和私有属性限制赋值

通过 __slots__ 禁用动态属性添加,并在 __setattr__ 中抛出异常,是最直接的控制方式:

class Point:
    __slots__ = ('x', 'y')
def __init__(self, x, y):
    object.__setattr__(self, 'x', x)
    object.__setattr__(self, 'y', y)

def __setattr__(self, name, value):
    raise TypeError(f"'{self.__class__.__name__}' is immutable")

def __delattr__(self, name):
    raise TypeError(f"'{self.__class__.__name__}' is immutable")

这样即使尝试 p.x = 10del p.y 都会报错。注意必须用 object.__setattr__ 在初始化时设置属性,否则构造就会失败。

配合 __hash__ 支持字典键和集合成员

不可变对象通常需要可哈希,才能用作字典键或集合元素。只要所有参与比较的属性本身可哈希,且不随时间变化,就可以安全实现 __hash__

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  • __init__ 中完成全部状态赋值,之后不再变更
  • 重写 __hash__ 返回基于关键字段的哈希值(如 hash((self.x, self.y))
  • 同时实现 __eq__ 保证逻辑一致(比如两个 Point(1,2) 视为相等)

dataclasses 的 frozen 参数快速创建

Python 3.7+ 提供了更简洁的方式:

from dataclasses import dataclass

@dataclass(frozen=True) class Color: r: int g: int b: int

加上 frozen=True 后,__setattr____delattr__ 自动被替换为抛出 FrozenInstanceError 的版本。它还自动支持 __hash__(只要所有字段可哈希),无需手动写。

注意嵌套可变对象带来的“伪不可变”风险

即使对象自身不可赋值,如果它持有 list、dict 等可变对象,内部数据仍可能被修改:

@dataclass(frozen=True)
class BadBox:
    items: list

box = BadBox([1, 2]) box.items.append(3) # ✅ 成功!但破坏了不可变性

解决方法包括:

  • 初始化时深拷贝或转为 tuple/frozenset(如 tuple(items)
  • 提供只读访问接口(例如用 @property 返回 tuple(self._items)
  • typing.Sequencecollections.abc.Sequence 声明类型,暗示不可变契约

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