【源码解析】Pandas PandasObject类详解的学习与实践

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简介: 【源码解析】Pandas PandasObject类详解的学习与实践

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PandasObject类

通常 base.py 文件在 Pandas 或其他库中包含了各种基础类和函数的定义,它们为库的其他部分提供核心功能。阅读并理解base.py是我们解读pandas源码的基础。位置在 core目录下

class PandasObject(DirNamesMixin):
    """
    Baseclass for various pandas objects.
    """
    # results from calls to methods decorated with cache_readonly get added to _cache
    _cache: dict[str, Any]
    @property
    def _constructor(self):
        """
        Class constructor (for this class it's just `__class__`.
        """
        return type(self)
    def __repr__(self) -> str:
        """
        Return a string representation for a particular object.
        """
        # Should be overwritten by base classes
        return object.__repr__(self)
    def _reset_cache(self, key: str | None = None) -> None:
        """
        Reset cached properties. If ``key`` is passed, only clears that key.
        """
        if not hasattr(self, "_cache"):
            return
        if key is None:
            self._cache.clear()
        else:
            self._cache.pop(key, None)
    def __sizeof__(self) -> int:
        """
        Generates the total memory usage for an object that returns
        either a value or Series of values
        """
        memory_usage = getattr(self, "memory_usage", None)
        if memory_usage:
            mem = memory_usage(deep=True)
            return int(mem if is_scalar(mem) else mem.sum())
        # no memory_usage attribute, so fall back to object's 'sizeof'
        return super().__sizeof__()

源码解析

这段代码是定义了 Pandas 中许多对象共同继承的基础类 PandasObject。让我们逐行进行解析:

类定义
class PandasObject(DirNamesMixin):
    """
    Baseclass for various pandas objects.
    """
  • PandasObject 是许多 Pandas 对象的基类。DirNamesMixin 是一个 mixin 类,通常提供额外的方法或属性。
属性
_cache: dict[str, Any]
  • _cache 是一个字典,用来缓存那些装饰器 @cache_readonly 装饰的方法的结果。这有助于提升性能,因为可以缓存那些不会变化且计算成本高的属性。
_constructor 属性
@property
def _constructor(self):
    """
    Class constructor (for this class it's just `__class__`.
    """
    return type(self)
  • _constructor 属性是一个方法,返回对象的类型。这在 Pandas 的内部被用来构造新对象。对于 PandasObject 这个基类来说,它简单地返回当前实例的类型。
repr 方法
def __repr__(self) -> str:
    """
    Return a string representation for a particular object.
    """
    # Should be overwritten by base classes
    return object.__repr__(self)
  • __repr__ 方法应该由基类重写,以提供一个有意义的字符串表示。这里,它调用并返回 object 类的 __repr__ 方法,这只是一个占位符。
_reset_cache 方法
def _reset_cache(self, key: str | None = None) -> None:
    """
    Reset cached properties. If ``key`` is passed, only clears that key.
    """
    if not hasattr(self, "_cache"):
        return
    if key is None:
        self._cache.clear()
    else:
        self._cache.pop(key, None)
  • _reset_cache 方法清空缓存属性。如果指定了 key,则只清除该键对应的缓存项。这对于性能调优很重要,尤其是在长时间操作同一对象时,需要刷新其缓存属性。
sizeof 方法
def __sizeof__(self) -> int:
    """
    Generates the total memory usage for an object that returns
    either a value or Series of values
    """
    memory_usage = getattr(self, "memory_usage", None)
    if memory_usage:
        mem = memory_usage(deep=True)
        return int(mem if is_scalar(mem) else mem.sum())
    # no memory_usage attribute, so fall back to object's 'sizeof'
    return super().__sizeof__()
  • __sizeof__ 方法生成对象的总内存使用量,如果对象有 memory_usage 方法,则调用它获取深度内存使用量(可能涉及对象内部的所有元素)。如果是单一值则直接返回,如果是 Series 则返回其总和。
  • 如果没有 memory_usage 属性,则调用超类(即 object 类)的 __sizeof__ 方法。

学习与实践

从上述 PandasObject 类的源码中,我们可以学习到以下几个关键的编程概念和最佳实践:

面向对象编程(OOP)原则
  • 封装: PandasObject 展示了如何通过私有属性(如 _cache)来封装内部状态,使外部代码不能直接访问,只能通过类提供的接口进行操作。
  • 继承: 通过继承 DirNamesMixinPandasObject 能够复用代码,继承并可能扩展基类的功能。
  • 多态: 通过提供如 __repr___constructor 这样的方法,基类定义了一个通用接口,子类可以通过重写这些方法来改变或扩展它们的行为。
缓存策略
  • 缓存机制: _cache 属性的使用展示了如何有效利用缓存来优化性能,尤其是对于计算成本较高的属性。
  • 缓存管理: _reset_cache 方法显示了如何维护和管理缓存,包括全局清除或仅清除特定的键,这对于资源管理和避免陈旧数据非常重要。
特殊方法和属性
  • __repr__: 这个特殊方法展示了如何定义一个对象的“官方”字符串表示形式,这在调试和日志记录时非常有用。
  • 动态属性访问: getattr 函数的使用示例,显示了如何安全地访问可能不存在的属性,并提供默认行为。
性能优化
  • 内存管理: __sizeof__ 方法提供了计算对象内存大小的方式,这对于性能分析和优化很重要。
代码组织和结构
  • 文档字符串 (Docstrings): 每个方法都有详细的文档字符串,说明了其功能和用法,是良好的文档实践的典范。
  • 类型注释: 使用了返回类型注释(如 -> str-> int),提高了代码的可读性和可维护性,同时也方便了类型检查。
综合应用

阅读和理解这样的源码不仅有助于更深入地理解 Pandas 的内部工作原理,还能够提升你的 Python 编程技能,特别是在面向对象编程、性能优化和代码维护方面。通过分析这种成熟的开源项目的代码,你可以学习到在实际项目中如何编写既健壮又灵活的软件。

总结

PandasObject 提供了 Pandas 核心数据结构的基本功能。它确保了所有 Pandas 对象都有一致的接口,方便了开发者进行扩展和维护。理解这个基类对于理解更高级别的 Pandas 对象如 DataFrameSeries 是如何构建的至关重要。通过重写这些方法和属性,Pandas 提供了强大而灵活的数据结构来处理复杂的数据分析任务。

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