什么是自省？
在日常生活中，自省（introspection）是一种自我检查行为。自省是指对某人自身思想、情绪、动机和行为的检查。伟大的哲学家苏格拉底将生命中的大部分时间用于自我检查，并鼓励他的雅典朋友们也这样做。他甚至对自己作出了这样的要求：“未经自省的生命不值得存在。”
在计算机编程中，自省是指这种能力：检查某些事物以确定它是什么、它知道什么以及它能做什么。自省向程序员提供了极大的灵活性和控制力。一旦您使用了支持自省的编程语言，就会产生类似这样的感觉：“未经检查的对象不值得实例化。”
本文介绍了 Python 编程语言的自省能力。整个 Python 语言对自省提供了深入而广泛的支持。实际上，很难想象假如 Python 语言没有其自省特性是什么样子。在读完本文时，您应该能够非常轻松地洞察到自己 Python 对象的“灵魂”。
在深入研究更高级的技术之前，我们尽可能用最普通的方式来研究 Python 自省。有些读者甚至可能会争论说：我们开始时所讨论的特性不应称之为“自省”。我们必须承认，它们是否属于自省的范畴还有待讨论。但从本文的主旨出发，我们所关心的只是找出有趣问题的答案。
现在让我们以交互方式使用 Python 来开始研究。当我们从命令行启动 Python 时，就进入了 Python shell，在这里可以输入 Python 代码，而且立刻会从 Python 解释器获得响应。（本文中列出的命令可以使用 Python 2.2.2 正确执行。如果您使用较早的版本，则可能产生不同的结果或发生错误。可以从 Python 网站下载最新版本）
清单 1. 以交互方式启动 Python 解释器 |
在让 Python 运行起来，并看到 Python 提示符（>>>）之后，您可能想知道 Python 能识别什么字。大多数编程语言都有保留字或关键字，这些字在该语言中有特殊的意义，Python 也不例外。您可能还注意到，Python 建议我们输入 help 以获取更多信息。也许我们可以向 Python 寻求一些关于关键字的帮助。
Python 的联机帮助实用程序
让我们按建议的那样，通过输入 help 来开始讨论，并观察它是否会向我们提供任何关于关键字的线索：
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因为我们不知道哪些对象可能包含关键字，所以不指定任何特定对象来尝试 help()：
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现在，我们对此的理解似乎深入了些。让我们在 help 提示符下输入 keywords：
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输入 help() 后，会看到一条欢迎消息和一些指示信息，接着是 help 提示符。在提示符下输入 keywords，则会看到一个 Python 关键字列表。我们已经获得了问题的答案，于是退出帮助实用程序，这时会看到一条简短的告别消息，并返回到 Python 提示符下。
正如您从这个示例可以看到的，Python 的联机帮助实用程序会显示关于各种主题或特定对象的信息。帮助实用程序很有用，并确实利用了 Python 的自省能力。但仅仅使用帮助不会揭示帮助是如何获得其信息的。而且，因为本文的目的是揭示 Python 自省的所有秘密，所以我们必须迅速地跳出对帮助实用程序的讨论。
在结束关于帮助的讨论之前，让我们用它来获得一个可用模块的列表。模块只是包含 Python 代码的文本文件，其名称后缀是 .py。如果在 Python 提示符下输入 help('modules')，或在 help 提示符下输入 modules，则会看到一长列可用模块，类似于下面所示的部分列表。自己尝试它以观察您的系统中有哪些可用模块，并了解为什么会认为 Python 是“自带电池”的。
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sys 模块sys 模块是提供关于 Python 本身的详尽内在信息的模块。通过导入模块，并用点（.）符号引用其内容（如变量、函数和类）来使用模块。sys 模块包含各种变量和函数，它们揭示了当前的 Python 解释器有趣的详细信息。让我们研究其中的一部分。我们要再次以交互方式运行 Python，并在 Python 命令提示符下输入命令。首先，我们将导入 sys 模块。然后，我们会输入 sys.executable 变量，它包含到 Python 解释器的路径：
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当输入一行只包含对象名称的代码时，Python 通过显示该对象的表示进行响应，对于简单对象，往往显示对象的值。在本例中，因为所显示的值是用引号括起来的，所以我们得到一条线索：sys.executable 可能是字符串对象。稍后，我们将研究确定对象类型的其它更精确的方法，但只在 Python 提示符下输入对象名称是一种迅速而又方便的自省形式。
让我们研究 sys 模块其它一些有用的属性。
platform 变量告诉我们现在处于什么操作系统上：
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在当前的 Python 中，版本以字符串和元组（元组包含对象序列）来表示：
清单 8. sys.version 和 sys.version_info 属性 |
maxint 变量反映了可用的最大整数值：
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argv 变量是一个包含命令行参数的列表（如果参数被指定的话）。第一项 argv[0] 是所运行脚本的路径。当我们以交互方式运行 Python 时，这个值是空字符串：
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当运行其它 Python shell 时，如 PyCrust，会看到类似于下面的信息：
清单 11. 使用 PyCrust 时的 sys.argv 属性 |
path 变量是模块搜索路径，Python 在导入期间将在其中的目录列表中寻找模块。最前面的空字符串 '' 是指当前目录：
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modules 变量是一个字典，它将当前已装入的所有模块的名称映射到模块对象。如您所见，缺省情况下，Python 装入一些特定的模块：
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keyword 模块
让我们返回到关于 Python 关键字的问题。尽管帮助向我们显示了关键字列表，但事实证明一些帮助信息是硬编码的。关键字列表恰好是硬编码的，但毕竟它的自省程度不深。让我们研究一下，能否直接从 Python 标准库的某个模块中获取这个信息。如果在 Python 提示符下输入 help('modules keywords')，则会看到如下信息：
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看起来，keyword 模块好象包含关键字。在文本编辑器中打开 keyword.py 文件，我们可以看到，Python 确实可以把关键字列表显式地用作 keyword 模块的 kwlist 属性。在 keyword 模块的注释中，我们还可以看到，该模块是根据 Python 本身的源代码自动生成的，这可以保证其关键字列表是准确而完整的：
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dir() 函数
尽管查找和导入模块相对容易，但要记住每个模块包含什么却不是这么简单。您并不希望总是必须查看源代码来找出答案。幸运的是，Python 提供了一种方法，可以使用内置的 dir() 函数来检查模块（以及其它对象）的内容。
dir() 函数可能是 Python 自省机制中最著名的部分了。它返回传递给它的任何对象的属性名称经过排序的列表。如果不指定对象，则 dir() 返回当前作用域中的名称。让我们将 dir() 函数应用于 keyword 模块，并观察它揭示了什么：
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那么将它应用于我们先前讨论的 sys 模块会怎么样呢？
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如果不带任何参数，则 dir() 返回当前作用域中的名称。请注意，因为我们先前导入了 keyword 和 sys，所以它们出现在列表中。导入模块将把该模块的名称添加到当前作用域：
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我们曾经提到 dir() 函数是内置函数，这意味着我们不必为了使用该函数而导入模块。不必做任何操作，Python 就可识别内置函数。现在，我们看到调用 dir() 后返回了这个名称 __builtins__。也许此处有连接。让我们在 Python 提示符下输入名称 __builtins__，并观察 Python 是否会告诉我们关于它的任何有趣的事情：
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因此 __builtins__ 看起来象是当前作用域中绑定到名为 __builtin__ 的模块对象的名称。（因为模块不是只有多个单一值的简单对象，所以 Python 改在尖括号中显示关于模块的信息。）注：如果您在磁盘上寻找 __builtin__.py 文件，将空手而归。这个特殊的模块对象是 Python 解释器凭空创建的，因为它包含着解释器始终可用的项。尽管看不到物理文件，但我们仍可以将 dir() 函数应用于这个对象，以观察所有内置函数、错误对象以及它所包含的几个杂项属性。
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dir() 函数适用于所有对象类型，包括字符串、整数、列表、元组、字典、函数、定制类、类实例和类方法。让我们将 dir() 应用于字符串对象，并观察 Python 返回什么。如您所见，即使简单的 Python 字符串也有许多属性：
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自己尝试下列示例以观察它们返回什么。注：# 字符标记注释的开始。Python 将忽略从注释开始部分到该行结束之间的所有内容：
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为了说明 Python 自省能力的动态本质，让我们研究将 dir() 运用于定制类和一些类实例的示例。我们将以交互方式定义自己的类，创建一些类的实例，仅向其中一个实例添加唯一的属性，并观察 Python 能否一直保存所有这些。以下是结果：
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文档字符串
在许多 dir() 示例中，您可能会注意到的一个属性是 __doc__ 属性。这个属性是一个字符串，它包含了描述对象的注释。Python 称之为文档字符串或 docstring，以下是其工作原理。如果模块、类、方法或函数定义的第一条语句是字符串，那么该字符串会作为对象的 __doc__ 属性与该对象关联起来。例如，看一下 __builtins__ 对象的文档字符串。因为文档字符串通常包含嵌入的换行 \n，我们将使用 Python 的 print 语句，以便输出更易于阅读：
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Python 甚至再次维持了在 Python shell 中以交互方式定义的类和方法上的文档字符串。让我们研究 Person 类及其 intro 方法的文档字符串：
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因为文档字符串提供了如此有价值的信息，所以许多 Python 开发环境都有自动显示对象的文档字符串的方法。让我们再看一个 dir() 函数的文档字符串：
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