Descriptor Guide
****************

Autor:
   Raymond Hettinger

Contacto:
   <python at rcn dot com>


Contenido
^^^^^^^^^

* Descriptor Guide

  * Guía introductoria

    * Ejemplo simple: un descriptor que retorna una constante

    * Búsquedas dinámicas

    * Atributos gestionados

    * Nombres personalizados

    * Pensamientos finales

  * Ejemplo completo práctico

    * Clase validadora

    * Validadores personalizados

    * Aplicación práctica

  * Tutorial técnico

    * Resumen

    * Definición e introducción

    * Protocolo de descriptores

    * Visión general de invocación de descriptores

    * Invocación desde una instancia

    * Invocación desde una clase

    * Invocación desde super

    * Resumen de la lógica de invocación

    * Notificación automática de nombre

    * Ejemplo de mapeos objeto-relacional (*ORM*)

  * Equivalentes en Python puro

    * Propiedades

    * Funciones y métodos

    * Tipos de métodos

    * Métodos estáticos

    * Métodos de clase

    * Objetos miembros y __slots__

Los *descriptores* permiten a objetos personalizar la búsqueda,
almacenamiento y eliminación de atributos.

Esta guía tiene cuatro secciones principales:

1. La guía introductoria da una visión general básica, moviéndose
   gentilmente por ejemplos simples, añadiendo una funcionalidad a la
   vez. Comienza acá si eres nuevo con los descriptores.

2. La segunda sección muestra un ejemplo completo y práctico de un
   descriptor. Si ya sabes lo básico comienza acá.

3. La tercera sección provee un tutorial más técnico que adentra en la
   mecánica detallada de cómo funcionan los descriptores. La mayoría
   de la gente no necesita este nivel de detalle.

4. La última sección tiene equivalentes en Python puro para
   descriptores incorporados que están escritos en C. Lee esta sección
   si tienes curiosidad de cómo las funciones se convierten en métodos
   vinculados, o sobre la implementación de herramientas comunes como
   "classmethod()", "staticmethod()", "property()", y *__slots__*.


Guía introductoria
==================

En esta guía introductoria comenzamos con el ejemplo más básico
posible y luego vamos añadiendo nuevas funcionalidades una a una.


Ejemplo simple: un descriptor que retorna una constante
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La clase "Ten" es un descriptor cuyo método "__get__()" siempre
retorna la constante "10":

   class Ten:
       def __get__(self, obj, objtype=None):
           return 10

Para usar el descriptor, éste se debe almacenar como una variable de
clase en otra clase:

   class A:
       x = 5                       # Regular class attribute
       y = Ten()                   # Descriptor instance

Una sesión interactiva muestra la diferencia entre un la búsqueda de
atributo normal y la búsqueda a través del descriptor:

   >>> a = A()                     # Make an instance of class A
   >>> a.x                         # Normal attribute lookup
   5
   >>> a.y                         # Descriptor lookup
   10

En la búsqueda de atributo "a.x", el operador punto encuentra "'x': 5"
en el diccionario de la clase. En la búsqueda "a.y", el operador punto
encuentra una instancia de un descriptor, reconocible por su método
"__get__". Llamar a ese método retorna "10".

Nota que el valor "10" no es almacenado ni en el diccionario de la
clase ni en el diccionario de la instancia. En cambio, el valor "10"
es calculado bajo demanda.

Este ejemplo muestra cómo funciona un descriptor simple, pero no es
muy útil. Para recuperar constantes una búsqueda de atributos normal
sería mejor.

En la próxima sección crearemos algo más útil, una búsqueda dinámica.


Búsquedas dinámicas
-------------------

Descriptores interesantes típicamente ejecutan cálculos en vez de
retornar constantes:

   import os

   class DirectorySize:

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           return len(os.listdir(obj.dirname))

   class Directory:

       size = DirectorySize()              # Descriptor instance

       def __init__(self, dirname):
           self.dirname = dirname          # Regular instance attribute

Una sesión interactiva muestra que la búsqueda es dinámica — calcula
respuestas diferentes y actualizadas en cada ocasión:

   >>> s = Directory('songs')
   >>> g = Directory('games')
   >>> s.size                              # The songs directory has twenty files
   20
   >>> g.size                              # The games directory has three files
   3
   >>> os.remove('games/chess')            # Delete a game
   >>> g.size                              # File count is automatically updated
   2

Además de mostrar cómo los descriptores puede ejecutar cálculos, este
ejemplo también revela el propósitos de los parámetros de "__get__()".
El parámetro *self* es *size*, una instancia de *DirectorySize*. El
parámetro *obj* es *g* o *s*, una instancia de *Directory*. Es el
parámetro *obj* el que permite que al método "__get__()" saber el
directorio objetivo. El parámetro *objtype* es una clase *Directory*.


Atributos gestionados
---------------------

Un uso popular de descriptores es la gestión de acceso a datos de una
instancia. El descriptor se asigna a un atributo público en el
diccionario de clase, mientras que los datos reales se guardan en
atributos privados en el diccionario de instancia. Los métodos
"__get__()" and "__set__()" del descriptor se activan cuando se accede
al atributo público.

En el siguiente ejemplo, *age* es el atributo público y *_age* es el
atributo privado. Cuando el atributo público es accedido, el
descriptor registra la búsqueda o actualización:

   import logging

   logging.basicConfig(level=logging.INFO)

   class LoggedAgeAccess:

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           value = obj._age
           logging.info('Accessing %r giving %r', 'age', value)
           return value

       def __set__(self, obj, value):
           logging.info('Updating %r to %r', 'age', value)
           obj._age = value

   class Person:

       age = LoggedAgeAccess()             # Descriptor instance

       def __init__(self, name, age):
           self.name = name                # Regular instance attribute
           self.age = age                  # Calls __set__()

       def birthday(self):
           self.age += 1                   # Calls both __get__() and __set__()

Una sesión interactiva muestra que todos los accesos al atributo
gestionado *age* son registrados, pero que el atributo normal *name*
no es registrado:

   >>> mary = Person('Mary M', 30)         # The initial age update is logged
   INFO:root:Updating 'age' to 30
   >>> dave = Person('David D', 40)
   INFO:root:Updating 'age' to 40

   >>> vars(mary)                          # The actual data is in a private attribute
   {'name': 'Mary M', '_age': 30}
   >>> vars(dave)
   {'name': 'David D', '_age': 40}

   >>> mary.age                            # Access the data and log the lookup
   INFO:root:Accessing 'age' giving 30
   30
   >>> mary.birthday()                     # Updates are logged as well
   INFO:root:Accessing 'age' giving 30
   INFO:root:Updating 'age' to 31

   >>> dave.name                           # Regular attribute lookup isn't logged
   'David D'
   >>> dave.age                            # Only the managed attribute is logged
   INFO:root:Accessing 'age' giving 40
   40

Un gran problema con este ejemplo es que el nombre privado *_age* está
fijado en la clase *LoggedAgeAccess*. Esto significa que cada
instancia puede sólo puede registrar un atributo, y que su nombre no
se puede cambiar. En el siguiente ejemplo solucionaremos ese problema.


Nombres personalizados
----------------------

Cuando una clase usa descriptores, puede informar a cada descriptor el
nombre se usó para la variable.

En este ejemplo, la clase "Person" tiene dos instancias de
descriptores, *name* y *age*. Cuando la clase "Person" se define, hace
una retrollamada a "__set_name__()" en *LoggedAccess* para que se
pueda registrar los nombres de los campos, dándole a cada descriptor
su propio *public_name* y *private_name*:

   import logging

   logging.basicConfig(level=logging.INFO)

   class LoggedAccess:

       def __set_name__(self, owner, name):
           self.public_name = name
           self.private_name = '_' + name

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           value = getattr(obj, self.private_name)
           logging.info('Accessing %r giving %r', self.public_name, value)
           return value

       def __set__(self, obj, value):
           logging.info('Updating %r to %r', self.public_name, value)
           setattr(obj, self.private_name, value)

   class Person:

       name = LoggedAccess()                # First descriptor instance
       age = LoggedAccess()                 # Second descriptor instance

       def __init__(self, name, age):
           self.name = name                 # Calls the first descriptor
           self.age = age                   # Calls the second descriptor

       def birthday(self):
           self.age += 1

Una sesión interactiva muestra que la clase "Person" ha llamado a
"__set_name__()" para que los nombres de los campos sean registrados.
Aquí llamamos a "vars()" para ver el descriptor sin activarlos:

   >>> vars(vars(Person)['name'])
   {'public_name': 'name', 'private_name': '_name'}
   >>> vars(vars(Person)['age'])
   {'public_name': 'age', 'private_name': '_age'}

La nueva clase ahora registrar accesos tanto a *name* como a *age*:

   >>> pete = Person('Peter P', 10)
   INFO:root:Updating 'name' to 'Peter P'
   INFO:root:Updating 'age' to 10
   >>> kate = Person('Catherine C', 20)
   INFO:root:Updating 'name' to 'Catherine C'
   INFO:root:Updating 'age' to 20

Las dos instancias de *Person* contienen sólo los nombres privados:

   >>> vars(pete)
   {'_name': 'Peter P', '_age': 10}
   >>> vars(kate)
   {'_name': 'Catherine C', '_age': 20}


Pensamientos finales
--------------------

Llamamos un *descriptor* a cualquier objeto que define "__get__()",
"__set__()" o "__delete__()".

Opcionalmente, los descriptores pueden tener un método
"__set_name__()". Éste sólo se usa en los casos en los que el
descriptor necesita saber ya sea la clase donde fue creado, o el
nombre de la variable de clase a la que fue asignado. (Este método, si
está presente, es llamada incluso si la clase no es un descriptor.)

Los descriptores son invocados por el operador punto durante la
búsqueda de atributos. Si un descriptor es accedido indirectamente con
"vars(una_clase)[nombre_del_descriptor]", la instancia del descriptor
es retornada sin ser invocada.

Los descriptores sólo funcionan cuando se usan como variables de
clase. Cuando son puestos en una instancia no tienen efecto.

La mayor motivación detrás de los descriptores es el proveer un gancho
que permita a los objetos guardados en variables de clase controlar lo
que ocurre al buscar un atributo.

Tradicionalmente, la clase que llama controla qué ocurre durante la
búsqueda. Los descriptores invierten esta relación y permiten que los
datos que están siendo buscados tengan algo qué decir al respecto.

Los descriptores se usan a través de todo el lenguaje. Es cómo
funciones se convierten en métodos vinculados. Herramientas comunes
como "classmethod()", "staticmethod()", "property()", y
"functools.cached_property()" se implementan todas como descriptores.


Ejemplo completo práctico
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En este ejemplo creamos una herramienta práctica y poderosa para
encontrar errores de corrupción de datos que son notoriamente
difíciles de encontrar.


Clase validadora
----------------

Un validador es un descriptor que da acceso a un atributo gestionado.
Antes de almacenar cualquier dato, verifica que el nuevo valor cumple
con varias restricciones de tipo y rango. Si esas restricciones no se
cumplen, lanza una excepción para así prevenir corrupción de datos en
su origen.

Esta clase "Validator" es una tanto una *clase base abstracta* como un
descriptor de un atributo gestionado:

   from abc import ABC, abstractmethod

   class Validator(ABC):

       def __set_name__(self, owner, name):
           self.private_name = '_' + name

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           return getattr(obj, self.private_name)

       def __set__(self, obj, value):
           self.validate(value)
           setattr(obj, self.private_name, value)

       @abstractmethod
       def validate(self, value):
           pass

Validadores personalizados necesitan heredar de "Validator" y deben
proveer un método "validate()" method para probar las restricciones
que sean necesarias.


Validadores personalizados
--------------------------

Acá hay tres utilidades de validación de datos prácticas:

1. "OneOf" verifica que un valor está dentro de un grupo restringido
   de opciones.

2. "Number" verifica que un valor es "int" o "float". Opcionalmente
   verifica que un valor está entre un mínimo y un máximo.

3. "String" verifica que un valor es un "str". Opcionalmente valida
   que tenga un largo mínimo o máximo. Puede también validar un
   predicado definido por el usuario.

   class OneOf(Validator):

       def __init__(self, *options):
           self.options = set(options)

       def validate(self, value):
           if value not in self.options:
               raise ValueError(f'Expected {value!r} to be one of {self.options!r}')

   class Number(Validator):

       def __init__(self, minvalue=None, maxvalue=None):
           self.minvalue = minvalue
           self.maxvalue = maxvalue

       def validate(self, value):
           if not isinstance(value, (int, float)):
               raise TypeError(f'Expected {value!r} to be an int or float')
           if self.minvalue is not None and value < self.minvalue:
               raise ValueError(
                   f'Expected {value!r} to be at least {self.minvalue!r}'
               )
           if self.maxvalue is not None and value > self.maxvalue:
               raise ValueError(
                   f'Expected {value!r} to be no more than {self.maxvalue!r}'
               )

   class String(Validator):

       def __init__(self, minsize=None, maxsize=None, predicate=None):
           self.minsize = minsize
           self.maxsize = maxsize
           self.predicate = predicate

       def validate(self, value):
           if not isinstance(value, str):
               raise TypeError(f'Expected {value!r} to be an str')
           if self.minsize is not None and len(value) < self.minsize:
               raise ValueError(
                   f'Expected {value!r} to be no smaller than {self.minsize!r}'
               )
           if self.maxsize is not None and len(value) > self.maxsize:
               raise ValueError(
                   f'Expected {value!r} to be no bigger than {self.maxsize!r}'
               )
           if self.predicate is not None and not self.predicate(value):
               raise ValueError(
                   f'Expected {self.predicate} to be true for {value!r}'
               )


Aplicación práctica
-------------------

Acá se muestra cómo se puede usar los validadores de datos en una
clase real:

   class Component:

       name = String(minsize=3, maxsize=10, predicate=str.isupper)
       kind = OneOf('wood', 'metal', 'plastic')
       quantity = Number(minvalue=0)

       def __init__(self, name, kind, quantity):
           self.name = name
           self.kind = kind
           self.quantity = quantity

Los descriptores previenen que se creen instancias inválidas:

   >>> Component('Widget', 'metal', 5)      # Blocked: 'Widget' is not all uppercase
   Traceback (most recent call last):
       ...
   ValueError: Expected <method 'isupper' of 'str' objects> to be true for 'Widget'

   >>> Component('WIDGET', 'metle', 5)      # Blocked: 'metle' is misspelled
   Traceback (most recent call last):
       ...
   ValueError: Expected 'metle' to be one of {'metal', 'plastic', 'wood'}

   >>> Component('WIDGET', 'metal', -5)     # Blocked: -5 is negative
   Traceback (most recent call last):
       ...
   ValueError: Expected -5 to be at least 0
   >>> Component('WIDGET', 'metal', 'V')    # Blocked: 'V' isn't a number
   Traceback (most recent call last):
       ...
   TypeError: Expected 'V' to be an int or float

   >>> c = Component('WIDGET', 'metal', 5)  # Allowed:  The inputs are valid


Tutorial técnico
================

Lo que sigue es un tutorial más práctico sobre las mecánicas y
detalles de cómo funcionan los descriptores.


Resumen
-------

Define los descriptores, resume el protocolo, y muestra cómo los
descriptores son llamados. Provee ejemplos mostrando cómo funcionan
los mapeos objeto-relacional (*ORM*).

Aprender acerca de los descriptores no sólo brinda acceso a un
conjunto de herramientas mayor, sino que genera una comprensión más
profunda de cómo funciona Python.


Definición e introducción
-------------------------

En general, un descriptor es un valor atributo que tiene uno de los
métodos del protocolo de descriptores. Estos métodos son "__get__()",
"__set__()", y "__delete__()". Si cualquiera de esos métodos se
definen en un atributo, se dice que éste es un *descriptor*.

El comportamiento predeterminado para el acceso a los atributos es
obtener, establecer o eliminar el atributo del diccionario de un
objeto. Por ejemplo, "a.x" tiene una cadena de búsqueda que comienza
con "a.__dict__['x']", luego "type(a).__dict__['x']" y continúa a
través del orden de resolución de métodos de "type(a)". Si el valor
buscado es un objeto que define uno de los métodos de descriptores,
entonces Python puede anular el comportamiento predeterminado e
invocar el método del descriptor en su lugar. El lugar donde esto
ocurre en la cadena de precedencia depende de qué métodos de
descriptores fueron definidos.

Los descriptores son un protocolo poderoso y de propósito general. Son
el mecanismo detrás de propiedades, métodos, métodos estáticos y
"super()". Se usan a través de Python mismo. Los descriptores
simplifican el código C subyacente y ofrecen un grupo flexible de
nuevas herramientas para programas habituales de Python.


Protocolo de descriptores
-------------------------

"descr.__get__(self, obj, type=None)"

"descr.__set__(self, obj, value)"

"descr.__delete__(self, obj)"

Eso es todo lo que hay que hacer. Si se define cualquiera de estos
métodos, el objeto se considera un descriptor y puede anular el
comportamiento predeterminado al ser buscado como un atributo.

Si un objeto define "__set__()" o "__delete__()", se considera un
descriptor de datos. Los descriptores que solo definen "__get__()" se
denominan descriptores de no-datos (normalmente se utilizan para
métodos, pero son posibles otros usos).

Los descriptores de datos y de no-datos difieren en cómo se calculan
las anulaciones con respecto a las entradas en el diccionario de una
instancia. Si el diccionario de una instancia tiene una entrada con el
mismo nombre que un descriptor de datos, el descriptor de datos tiene
prioridad. Si el diccionario de una instancia tiene una entrada con el
mismo nombre que un descriptor de no-datos, la entrada del diccionario
tiene prioridad.

Para crear un descriptor de datos de sólo lectura, define tanto
"__get__()" como "__set__()" donde "__set__()" lanza un
"AttributeError" cuando es llamado. Definir el método "__set__()" de
forma que lance una excepción genérica es suficiente para convertirlo
en un descriptor de datos.


Visión general de invocación de descriptores
--------------------------------------------

Un descriptor puede ser llamado directamente con "desc.__get__(obj)" o
"desc.__get__(None, cls)".

Pero es más común que un descriptor sea invocado automáticamente por
la búsqueda de atributos.

La expresión "obj.x" busca el atributo "x" en la cadena de nombres de
espacio de "obj". Si la búsqueda encuentra un descriptor fuera del
"__dict__" de la instancia, su método "__get__()" es invocado de
acuerdo a la lista de reglas de precedencia mostradas debajo.

Los detalles de la invocación dependen de si "obj" es un objeto una
clase, o una instancia de super.


Invocación desde una instancia
------------------------------

La búsqueda en instancias escanea a través de una cadena de nombres de
espacio dando la más alta prioridad a descriptores de datos, seguidos
por variables de instancia, luego descriptores de no-datos, luego
variables de clase, y finalmente a "__getattr__()" si se provee.

Si se encuentra un descriptor para "a.x" entonces se invoca con
"desc.__get__(a, type(a))".

La lógica para una búsqueda con puntos se encuentra en
"object.__getattribute__()".  Acá hay un equivalente en Python puro:

   def find_name_in_mro(cls, name, default):
       "Emulate _PyType_Lookup() in Objects/typeobject.c"
       for base in cls.__mro__:
           if name in vars(base):
               return vars(base)[name]
       return default

   def object_getattribute(obj, name):
       "Emulate PyObject_GenericGetAttr() in Objects/object.c"
       null = object()
       objtype = type(obj)
       cls_var = find_name_in_mro(objtype, name, null)
       descr_get = getattr(type(cls_var), '__get__', null)
       if descr_get is not null:
           if (hasattr(type(cls_var), '__set__')
               or hasattr(type(cls_var), '__delete__')):
               return descr_get(cls_var, obj, objtype)     # data descriptor
       if hasattr(obj, '__dict__') and name in vars(obj):
           return vars(obj)[name]                          # instance variable
       if descr_get is not null:
           return descr_get(cls_var, obj, objtype)         # non-data descriptor
       if cls_var is not null:
           return cls_var                                  # class variable
       raise AttributeError(name)

Nota, no hay un gancho "__getattr__()" en el código de
"__getattribute__()" . Es por eso que llamar a "__getattribute__()"
directamente o con "super().__getattribute__" evitará completamente a
"__getattr__()".

En cambio, es el operador punto y la función "getattr()" los que son
responsables de invocar "__getattr__()" cada vez que
"__getattribute__()" lanza un "AttributeError". Su lógica está
encapsulada en una función auxiliar:

   def getattr_hook(obj, name):
       "Emulate slot_tp_getattr_hook() in Objects/typeobject.c"
       try:
           return obj.__getattribute__(name)
       except AttributeError:
           if not hasattr(type(obj), '__getattr__'):
               raise
       return type(obj).__getattr__(obj, name)             # __getattr__


Invocación desde una clase
--------------------------

La lógica para una búsqueda con puntos tal como "A.x" se encuentra en
"type.__getattribute__()". Los pasos son similares a los de
"object.__getattribute__()", pero la búsqueda en el diccionario de
instancia se reemplaza por una búsqueda a través del *orden de
resolución de métodos* de la clase.

Si se encuentra un descriptor, se invoca con "desc.__get__(None, A)".

The full C implementation can be found in "type_getattro()" and
"_PyType_Lookup()" in Objects/typeobject.c.


Invocación desde super
----------------------

The logic for super's dotted lookup is in the "__getattribute__()"
method for object returned by "super()".

Una búsqueda con puntos tal como "super(A, obj).m" busca
"obj.__class__.__mro__" para la clase base "B" que sigue
inmediatamente a "A" y luego retorna "B.__dict__['m'].__get__(obj,
A)". Si no es un descriptor, "m" se retorna sin cambiar.

The full C implementation can be found in "super_getattro()" in
Objects/typeobject.c.  A pure Python equivalent can be found in
Guido's Tutorial.


Resumen de la lógica de invocación
----------------------------------

El mecanismo de descriptores está embebido en los métodos
"__getattribute__()" de "object", "type", y "super()".

Los puntos importantes a recordar son:

* Los descriptores son invocados por el método "__getattribute__()".

* Las clases heredan esta maquinaria desde "object", "type", o
  "super()".

* Redefinir "__getattribute__()" previene las llamadas automáticas a
  descriptores porque toda la lógica de descriptores está en ese
  método.

* "object.__getattribute__()" y "type.__getattribute__()" realizan
  diferentes llamadas a "__get__()". El primero incluye la instancia y
  puede incluir la clase. El segundo establece "None" como instancia,
  y siempre incluye la clase.

* Los descriptores de datos siempre anulan los diccionarios de
  instancia.

* Los descriptores de no-datos pueden ser reemplazados por los
  diccionarios de instancia.


Notificación automática de nombre
---------------------------------

A veces es deseable que un descriptor sepa qué nombre fue asignado a
una variable de clase. Cuando una nueva clase es creada, la metaclase
"type" escanea el diccionario de la nueva clase. Si alguna de las
entradas es un descriptor, y si define "__set_name__()", ese método se
llama con dos argumentos. El argumento *owner* es la clase donde se
usa el descriptor, y *name* es la variable de clase a la cual el
descriptor se asigna.

The implementation details are in "type_new()" and "set_names()" in
Objects/typeobject.c.

Dado que la lógica de actualización está en "type.__new__()", las
notificaciones ocurren sólo al momento de crear la clase. Si se añade
descriptores a la clase más tarde, "__set_name__()" tendrá que ser
llamado manualmente.


Ejemplo de mapeos objeto-relacional (*ORM*)
-------------------------------------------

El siguiente código es un esqueleto simplificado que muestra cómo
descriptores de datos pueden ser usados para implementar un mapeo
objeto-relacional.

La idea esencial es que los datos se almacenan en una base de datos
externa. Las instancias de Python sólo mantienen llaves a las tablas
de la base de datos. Los descriptores se hacen cargo de las búsquedas
o actualizaciones:

   class Field:

       def __set_name__(self, owner, name):
           self.fetch = f'SELECT {name} FROM {owner.table} WHERE {owner.key}=?;'
           self.store = f'UPDATE {owner.table} SET {name}=? WHERE {owner.key}=?;'

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           return conn.execute(self.fetch, [obj.key]).fetchone()[0]

       def __set__(self, obj, value):
           conn.execute(self.store, [value, obj.key])
           conn.commit()

Podemos usar la clase "Field" para definir modelos que describen el
esquema para cada tabla en la base de datos:

   class Movie:
       table = 'Movies'                    # Table name
       key = 'title'                       # Primary key
       director = Field()
       year = Field()

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

   class Song:
       table = 'Music'
       key = 'title'
       artist = Field()
       year = Field()
       genre = Field()

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

Para usar los modelos, primera conéctate a la base de datos:

   >>> import sqlite3
   >>> conn = sqlite3.connect('entertainment.db')

Una sesión interactiva muestra cómo los datos son obtenidos desde la
base de datos y cómo se pueden actualizar:

   >>> Movie('Star Wars').director
   'George Lucas'
   >>> jaws = Movie('Jaws')
   >>> f'Released in {jaws.year} by {jaws.director}'
   'Released in 1975 by Steven Spielberg'

   >>> Song('Country Roads').artist
   'John Denver'

   >>> Movie('Star Wars').director = 'J.J. Abrams'
   >>> Movie('Star Wars').director
   'J.J. Abrams'


Equivalentes en Python puro
===========================

El protocolo de descriptores es simple y ofrece posibilidades
estimulantes. Varios casos de uso son tan comunes que han sido pre-
empaquetados en herramientas incorporadas. Propiedades, métodos
vinculados, métodos estáticos, métodos de clase y __slots__ están
todos basados en el protocolo de descriptores.


Propiedades
-----------

Llamar a "property()" es una forma sucinta de construir un descriptor
de datos que desencadena llamadas a funciones al acceder a un
atributo. Su firma es:

   property(fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None) -> property

La documentación muestra un uso típico para definir un atributo
gestionado "x":

   class C:
       def getx(self): return self.__x
       def setx(self, value): self.__x = value
       def delx(self): del self.__x
       x = property(getx, setx, delx, "I'm the 'x' property.")

Para ver cómo se implementa "property()" en términos del protocolo de
descriptores, aquí hay un equivalente puro de Python:

   class Property:
       "Emulate PyProperty_Type() in Objects/descrobject.c"

       def __init__(self, fget=None, fset=None, fdel=None, doc=None):
           self.fget = fget
           self.fset = fset
           self.fdel = fdel
           if doc is None and fget is not None:
               doc = fget.__doc__
           self.__doc__ = doc
           self._name = ''

       def __set_name__(self, owner, name):
           self._name = name

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           if obj is None:
               return self
           if self.fget is None:
               raise AttributeError(
                   f'property {self._name!r} of {type(obj).__name__!r} object has no getter'
                )
           return self.fget(obj)

       def __set__(self, obj, value):
           if self.fset is None:
               raise AttributeError(
                   f'property {self._name!r} of {type(obj).__name__!r} object has no setter'
                )
           self.fset(obj, value)

       def __delete__(self, obj):
           if self.fdel is None:
               raise AttributeError(
                   f'property {self._name!r} of {type(obj).__name__!r} object has no deleter'
                )
           self.fdel(obj)

       def getter(self, fget):
           prop = type(self)(fget, self.fset, self.fdel, self.__doc__)
           prop._name = self._name
           return prop

       def setter(self, fset):
           prop = type(self)(self.fget, fset, self.fdel, self.__doc__)
           prop._name = self._name
           return prop

       def deleter(self, fdel):
           prop = type(self)(self.fget, self.fset, fdel, self.__doc__)
           prop._name = self._name
           return prop

La función incorporada "property()" es de ayuda cuando una interfaz de
usuario ha otorgado acceso a atributos y luego los cambios posteriores
requieren la intervención de un método.

Por ejemplo, una clase de hoja de cálculo puede otorgar acceso al
valor de una celda a través de "Cell('b10').value". Las mejoras
posteriores del programa requieren que la celda se vuelva a calcular
en cada acceso; sin embargo, la programadora no quiere afectar al
código de cliente existente que accede al atributo directamente. La
solución es envolver el acceso al valor del atributo en un descriptor
de datos propiedad:

   class Cell:
       ...

       @property
       def value(self):
           "Recalculate the cell before returning value"
           self.recalc()
           return self._value

Tanto la función incorporada "property()" como nuestra equivalente
"Property()" funcionarían en este ejemplo.


Funciones y métodos
-------------------

Las características orientadas a objetos de Python se basan en un
entorno basado en funciones. Usando descriptores de no-datos, ambas se
combinan perfectamente.

Las funciones almacenadas en diccionarios de clase son convertidas en
métodos cuando son invocadas. Los métodos sólo difieren de funciones
regulares en que la instancia del objeto es antepuesta a los otros
argumentos. Por convención, la instancia se llama *self*, pero podría
ser llamada *this* o cualquier otro nombre de variable.

Los métodos se pueden crear manualmente con "types.MethodType", lo que
es aproximadamente equivalente a:

   class MethodType:
       "Emulate PyMethod_Type in Objects/classobject.c"

       def __init__(self, func, obj):
           self.__func__ = func
           self.__self__ = obj

       def __call__(self, *args, **kwargs):
           func = self.__func__
           obj = self.__self__
           return func(obj, *args, **kwargs)

Para soportar la creación automática de métodos, las funciones
incluyen un método "__get__()" para vincular métodos durante el acceso
a atributos. Esto significa que las funciones son descriptores de no-
datos que retornan métodos vinculados durante la búsqueda con puntos
desde una instancia. Así es como funciona:

   class Function:
       ...

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           "Simulate func_descr_get() in Objects/funcobject.c"
           if obj is None:
               return self
           return MethodType(self, obj)

Ejecutar la siguiente clase en el intérprete muestra cómo funciona el
descriptor de función en la práctica:

   class D:
       def f(self, x):
            return x

La función tiene un atributo de *nombre calificado* para soportar
introspección:

   >>> D.f.__qualname__
   'D.f'

Accediendo a la función a través del diccionario de clase no invoca
"__get__()". En cambio, retorna el objeto función subyacente:

   >>> D.__dict__['f']
   <function D.f at 0x00C45070>

Acceso con puntos desde una clase llama a "__get__()", lo cual sólo
retorna la función subyacente sin cambiar:

   >>> D.f
   <function D.f at 0x00C45070>

El comportamiento interesante ocurre durante el accesos con puntos
desde una instancia. Las búsquedas con punto llaman a "__get__()", el
cual retorna un objeto de método vinculado:

   >>> d = D()
   >>> d.f
   <bound method D.f of <__main__.D object at 0x00B18C90>>

Internamente, el método vinculado guarda la función subyacente y la
instancia vinculada:

   >>> d.f.__func__
   <function D.f at 0x00C45070>

   >>> d.f.__self__
   <__main__.D object at 0x00B18C90>

Si alguna vez te preguntaste de dónde viene *self* en métodos
regulares, o de dónde viene *cls* en métodos de clase, ¡es acá!


Tipos de métodos
----------------

Los descriptores de no-datos proporcionan un mecanismo simple para
variaciones de los patrones habituales para vincular funciones en
métodos.

Para recapitular, las funciones tienen un método "__get__()" para que
se puedan convertir en un método cuando se accede a ellas como
atributos. El descriptor de no-datos transforma una llamada a
"obj.f(*args)" en "f(obj, *args)". Llamar a "cls.f(*args)" se
convierte en "f(*args)".

Este cuadro resume el enlace (*binding*) y sus dos variantes más
útiles:

   +-------------------+------------------------+--------------------+
   | Transformación    | Llamado desde un       | Llamado desde una  |
   |                   | objeto                 | clase              |
   |===================|========================|====================|
   | función           | f(obj, *args)          | f(*args)           |
   +-------------------+------------------------+--------------------+
   | método estático   | f(*args)               | f(*args)           |
   +-------------------+------------------------+--------------------+
   | método de clase   | f(type(obj), *args)    | f(cls, *args)      |
   +-------------------+------------------------+--------------------+


Métodos estáticos
-----------------

Los métodos estáticos retornan la función subyacente sin cambios.
Llamar a "c.f" o "C.f" es equivalente a una búsqueda directa en
"object.__getattribute__(c, "f")" o en "object.__getattribute__(C,
"f")". Como resultado, la función se vuelve idénticamente accesible
desde un objeto o una clase.

Buenos candidatos para ser métodos estáticos son los métodos que no
hacen referencia a la variable "self".

Por ejemplo, un paquete de estadística puede incluir una clase
contenedora para datos experimentales. La clase proporciona métodos
normales para calcular el promedio, la media, la mediana y otras
estadísticas descriptivas que dependen de los datos. Sin embargo,
puede haber funciones útiles que están relacionadas conceptualmente
pero que no dependen de los datos. Por ejemplo, "erf(x)" es una
práctica rutinaria de conversión que surge en el trabajo estadístico
pero que no depende directamente de un conjunto de datos en
particular. Se puede llamar desde un objeto o la clase: "s.erf(1.5)
--> .9332" o "Sample.erf(1.5) --> .9332".

Dado que los métodos estáticos retornan la función subyacente sin
cambios, las llamadas de ejemplo carecen de interés:

   class E:
       @staticmethod
       def f(x):
           return x * 10

   >>> E.f(3)
   30
   >>> E().f(3)
   30

Usando el protocolo de descriptores de no-datos, una versión pura de
Python de "staticmethod()" se vería así:

   import functools

   class StaticMethod:
       "Emulate PyStaticMethod_Type() in Objects/funcobject.c"

       def __init__(self, f):
           self.f = f
           functools.update_wrapper(self, f)

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           return self.f

       def __call__(self, *args, **kwds):
           return self.f(*args, **kwds)

The "functools.update_wrapper()" call adds a "__wrapped__" attribute
that refers to the underlying function.  Also it carries forward the
attributes necessary to make the wrapper look like the wrapped
function: "__name__", "__qualname__", "__doc__", and
"__annotations__".


Métodos de clase
----------------

A diferencia de los métodos estáticos, los métodos de clase anteponen
la referencia de clase a la lista de argumentos antes de llamar a la
función. Este formato es el mismo si quien llama es un objeto o una
clase:

   class F:
       @classmethod
       def f(cls, x):
           return cls.__name__, x

   >>> F.f(3)
   ('F', 3)
   >>> F().f(3)
   ('F', 3)

Este comportamiento es útil siempre que la función solo necesite tener
una referencia de clase y no necesita contar con los datos almacenados
en una instancia específica. Un uso de los métodos de clase es crear
constructores de clase alternativos. Por ejemplo, el método de clase
"dict.fromkeys()" crea un nuevo diccionario a partir de una lista de
claves. El equivalente puro de Python es:

   class Dict(dict):
       @classmethod
       def fromkeys(cls, iterable, value=None):
           "Emulate dict_fromkeys() in Objects/dictobject.c"
           d = cls()
           for key in iterable:
               d[key] = value
           return d

Ahora se puede construir un nuevo diccionario de claves únicas así:

   >>> d = Dict.fromkeys('abracadabra')
   >>> type(d) is Dict
   True
   >>> d
   {'a': None, 'b': None, 'r': None, 'c': None, 'd': None}

Usando el protocolo de descriptores de no-datos, una implementación
pura en Python de "classmethod()" se vería así:

   import functools

   class ClassMethod:
       "Emulate PyClassMethod_Type() in Objects/funcobject.c"

       def __init__(self, f):
           self.f = f
           functools.update_wrapper(self, f)

       def __get__(self, obj, cls=None):
           if cls is None:
               cls = type(obj)
           if hasattr(type(self.f), '__get__'):
               # This code path was added in Python 3.9
               # and was deprecated in Python 3.11.
               return self.f.__get__(cls, cls)
           return MethodType(self.f, cls)

La ruta de código para "hasattr(obj, '__get__')" fue añadida en Python
3.9, y hace posible que "classmethod()" soporte decoradores
encadenados.Por ejemplo, un classmethod y un property se puede
encadenar. En Python 3.11, esta funcionalidad fue marcada como
obsoleta.

   class G:
       @classmethod
       @property
       def __doc__(cls):
           return f'A doc for {cls.__name__!r}'

   >>> G.__doc__
   "A doc for 'G'"

The "functools.update_wrapper()" call in "ClassMethod" adds a
"__wrapped__" attribute that refers to the underlying function.  Also
it carries forward the attributes necessary to make the wrapper look
like the wrapped function: "__name__", "__qualname__", "__doc__", and
"__annotations__".


Objetos miembros y __slots__
----------------------------

Cuando una clase define "__slots__", reemplaza los diccionarios de
instancia por un arreglo de valores de ranura de largo fijo. Desde el
punto de vista del usuario esto tiene varios efectos:

1. Provides immediate detection of bugs due to misspelled attribute
assignments.  Only attribute names specified in "__slots__" are
allowed:

   class Vehicle:
       __slots__ = ('id_number', 'make', 'model')

   >>> auto = Vehicle()
   >>> auto.id_nubmer = 'VYE483814LQEX'
   Traceback (most recent call last):
       ...
   AttributeError: 'Vehicle' object has no attribute 'id_nubmer'

2. Helps create immutable objects where descriptors manage access to
private attributes stored in "__slots__":

   class Immutable:

       __slots__ = ('_dept', '_name')          # Replace the instance dictionary

       def __init__(self, dept, name):
           self._dept = dept                   # Store to private attribute
           self._name = name                   # Store to private attribute

       @property                               # Read-only descriptor
       def dept(self):
           return self._dept

       @property
       def name(self):                         # Read-only descriptor
           return self._name

   >>> mark = Immutable('Botany', 'Mark Watney')
   >>> mark.dept
   'Botany'
   >>> mark.dept = 'Space Pirate'
   Traceback (most recent call last):
       ...
   AttributeError: property 'dept' of 'Immutable' object has no setter
   >>> mark.location = 'Mars'
   Traceback (most recent call last):
       ...
   AttributeError: 'Immutable' object has no attribute 'location'

3. Saves memory.  On a 64-bit Linux build, an instance with two
attributes takes 48 bytes with "__slots__" and 152 bytes without.
This flyweight design pattern likely only matters when a large number
of instances are going to be created.

4. Improves speed.  Reading instance variables is 35% faster with
"__slots__" (as measured with Python 3.10 on an Apple M1 processor).

5. Blocks tools like "functools.cached_property()" which require an
instance dictionary to function correctly:

   from functools import cached_property

   class CP:
       __slots__ = ()                          # Eliminates the instance dict

       @cached_property                        # Requires an instance dict
       def pi(self):
           return 4 * sum((-1.0)**n / (2.0*n + 1.0)
                          for n in reversed(range(100_000)))

   >>> CP().pi
   Traceback (most recent call last):
     ...
   TypeError: No '__dict__' attribute on 'CP' instance to cache 'pi' property.

No es posible crear una versión exacta de "__slots__" en Python puro
porque requiere acceso directo a estructuras en C y control sobre
asignación de memoria de objetos. Sin embargo podemos construir una
simulación casi totalmente fiel donde la estructura real en C para las
ranuras es emulada con una lista privada "_slotvalues". Las lecturas y
escrituras de esta estructura privada se manejan con descriptores
miembros:

   null = object()

   class Member:

       def __init__(self, name, clsname, offset):
           'Emulate PyMemberDef in Include/structmember.h'
           # Also see descr_new() in Objects/descrobject.c
           self.name = name
           self.clsname = clsname
           self.offset = offset

       def __get__(self, obj, objtype=None):
           'Emulate member_get() in Objects/descrobject.c'
           # Also see PyMember_GetOne() in Python/structmember.c
           if obj is None:
               return self
           value = obj._slotvalues[self.offset]
           if value is null:
               raise AttributeError(self.name)
           return value

       def __set__(self, obj, value):
           'Emulate member_set() in Objects/descrobject.c'
           obj._slotvalues[self.offset] = value

       def __delete__(self, obj):
           'Emulate member_delete() in Objects/descrobject.c'
           value = obj._slotvalues[self.offset]
           if value is null:
               raise AttributeError(self.name)
           obj._slotvalues[self.offset] = null

       def __repr__(self):
           'Emulate member_repr() in Objects/descrobject.c'
           return f'<Member {self.name!r} of {self.clsname!r}>'

El método "type.__new__()" se hace cargo de añadir objetos miembros a
variables de clase:

   class Type(type):
       'Simulate how the type metaclass adds member objects for slots'

       def __new__(mcls, clsname, bases, mapping, **kwargs):
           'Emulate type_new() in Objects/typeobject.c'
           # type_new() calls PyTypeReady() which calls add_methods()
           slot_names = mapping.get('slot_names', [])
           for offset, name in enumerate(slot_names):
               mapping[name] = Member(name, clsname, offset)
           return type.__new__(mcls, clsname, bases, mapping, **kwargs)

El método "object.__new__()" se hace cargo de crear instancias que
tienen ranuras en vez un diccionario de instancia. Acá hay una
simulación aproximada en Python puro:

   class Object:
       'Simulate how object.__new__() allocates memory for __slots__'

       def __new__(cls, *args, **kwargs):
           'Emulate object_new() in Objects/typeobject.c'
           inst = super().__new__(cls)
           if hasattr(cls, 'slot_names'):
               empty_slots = [null] * len(cls.slot_names)
               object.__setattr__(inst, '_slotvalues', empty_slots)
           return inst

       def __setattr__(self, name, value):
           'Emulate _PyObject_GenericSetAttrWithDict() Objects/object.c'
           cls = type(self)
           if hasattr(cls, 'slot_names') and name not in cls.slot_names:
               raise AttributeError(
                   f'{cls.__name__!r} object has no attribute {name!r}'
               )
           super().__setattr__(name, value)

       def __delattr__(self, name):
           'Emulate _PyObject_GenericSetAttrWithDict() Objects/object.c'
           cls = type(self)
           if hasattr(cls, 'slot_names') and name not in cls.slot_names:
               raise AttributeError(
                   f'{cls.__name__!r} object has no attribute {name!r}'
               )
           super().__delattr__(name)

Para usar la simulación en una clase real, sólo hereda de "Object" y
establece *metaclass* a "Type":

   class H(Object, metaclass=Type):
       'Instance variables stored in slots'

       slot_names = ['x', 'y']

       def __init__(self, x, y):
           self.x = x
           self.y = y

En este punto, la metaclase ha cargado los objetos miembros para *x* e
*y*:

   >>> from pprint import pp
   >>> pp(dict(vars(H)))
   {'__module__': '__main__',
    '__doc__': 'Instance variables stored in slots',
    'slot_names': ['x', 'y'],
    '__init__': <function H.__init__ at 0x7fb5d302f9d0>,
    'x': <Member 'x' of 'H'>,
    'y': <Member 'y' of 'H'>}

Cuando se crean instancias, éstas tienen una lista "slot_values" donde
se almacenan los atributos:

   >>> h = H(10, 20)
   >>> vars(h)
   {'_slotvalues': [10, 20]}
   >>> h.x = 55
   >>> vars(h)
   {'_slotvalues': [55, 20]}

Atributos mal deletreados o no asignados lazarán una excepción:

   >>> h.xz
   Traceback (most recent call last):
       ...
   AttributeError: 'H' object has no attribute 'xz'
