前言

大家在寫(xiě) Python 代碼的時(shí)候有沒(méi)有這樣的疑問(wèn)。

為什么數(shù)學(xué)中的+號(hào)，在字符串運(yùn)算中卻變成拼接功能，如'ab' + 'cd'結(jié)果為abcd；而*號(hào)變成了重復(fù)功能，如'ab' * 2結(jié)果為abab。

為什么某些對(duì)象print能輸出數(shù)據(jù)，而print自定義的類對(duì)象卻輸出一堆看不懂的代碼<__main__.MyCls object at 0x105732250>。

不是因?yàn)橄到y(tǒng)做了特殊定制，而是 Python 中有一類特殊的方法，在某些特定的場(chǎng)合會(huì)自動(dòng)調(diào)用。如，在字符串類str中定義了__add__方法后，當(dāng)代碼遇到字符串相加'ab' + 'cd'時(shí)，就會(huì)自動(dòng)調(diào)用__add__方法完成字符串拼接。

因?yàn)檫@類特殊方法的方法名都是以雙下劃線開(kāi)始和結(jié)束，所以又被稱為雙下方法。

Python 中的雙下方法很多，今天我們對(duì)它做個(gè)詳解。

Python中的雙下方法

1. init方法

__init__的方法是很多人接觸的第一個(gè)雙下方法。

class?A:
????def?__init__(self,?a):
????????self.a?=?a

當(dāng)調(diào)用A()實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候，__init__方法會(huì)被自動(dòng)調(diào)用，完成對(duì)象的初始化。

2. 運(yùn)算符的雙下方法

在類中定義運(yùn)算符相關(guān)的雙下方法，可以直接在類對(duì)象上做加減乘除、比較等操作。

這里，定義一個(gè)尺子類Rule，它包含一個(gè)屬性r_len代表尺子的長(zhǎng)度。

class?Rule:
????def?__init__(self,?r_len):
????????self.r_len?=?r_len

2.1 比較運(yùn)算符

如果想按照尺子的長(zhǎng)度對(duì)不同的尺子做比較，需要在Rule類中定義比較運(yùn)算符。

class?Rule:
????def?__init__(self,?r_len):
????????self.r_len?=?r_len

????#?<?運(yùn)算符
????def?__lt__(self,?other):
????????return?self.r_len?<?other.r_len

????#?<=?運(yùn)算符
????def?__le__(self,?other):
????????return?self.r_len?<=?other.r_len

????#?>?運(yùn)算符
????def?__gt__(self,?other):
????????return?self.r_len?>?other.r_len

????#?>=?運(yùn)算符
????def?__ge__(self,?other):
????????return?self.r_len?>=?other.r_len

這里定義了<、<=、>和>=四個(gè)比較運(yùn)算符，這樣就可以用下面的代碼比較Rule對(duì)象了。

rule1?=?Rule(10)
rule2?=?Rule(5)
print(rule1?>?rule2)??#?True
print(rule1?>=?rule2)??#?True
print(rule1?<?rule2)??#?False
print(rule1?<=?rule2)??#?False

當(dāng)用>比較rule1和rule2的時(shí)候，rule1對(duì)象會(huì)自動(dòng)調(diào)用__gt__方法，并將rule2對(duì)象傳給other參數(shù)，完成比較。

下面是比較運(yùn)算符的雙下方法

比較運(yùn)算符雙下方法

2.2 算術(shù)運(yùn)算符

可以支持類對(duì)象加減乘除。

def?__add__(self,?other):
????return?Rule(self.r_len?+?other.r_len)

這里定義了__add__方法，對(duì)應(yīng)的是+運(yùn)算符，他會(huì)把兩個(gè)尺子的長(zhǎng)度相加，并生成新的尺子。

rule1?=?Rule(10)
rule2?=?Rule(5)
rule3?=?rule1?+?rule2

下面是算術(shù)運(yùn)算符的雙下方法

2.3 反向算術(shù)運(yùn)算符

它支持其他類型的變量與Rule類相加。以__radd__方法為例

def?__radd__(self,?other):
????return?self.r_len?+?other

rule1?=?Rule(10)
rule2?=?10?+?rule1

程序執(zhí)行10 + rule1時(shí)，會(huì)嘗試調(diào)用int類的__add__但int類類沒(méi)有定義與Rule類對(duì)象相加的方法，所以程序會(huì)調(diào)用+號(hào)右邊對(duì)象rule1的__radd__方法，并把10傳給other參數(shù)。

所以這種運(yùn)算符又叫右加運(yùn)算符。它所支持的運(yùn)算符與上面的算術(shù)運(yùn)算符一樣，方法名前加r即可。

2.4 增量賦值運(yùn)算符

增量賦值運(yùn)算符是+=、-=、*=、/=等。

def?__iadd__(self,?other):
????self.r_len?+=?other
????return?self

rule1?=?Rule(10)
rule1?+=?5

除了__divmod__方法，其他的跟算數(shù)運(yùn)算符一樣，方面名前都加i。

2.4 位運(yùn)算符

這部分支持按二進(jìn)制進(jìn)行取反、移位和與或非等運(yùn)算。由于Rule類不涉及位運(yùn)算，所以我們換一個(gè)例子。

定義二進(jìn)制字符串的類BinStr，包含bin_str屬性，表示二進(jìn)制字符串。

class?BinStr:
????def?__init__(self,?bin_str):
????????self.bin_str?=?bin_str

x?=?BinStr('1010')??#創(chuàng)建二進(jìn)制字符串對(duì)象
print(x.bin_str)?#?1010

給BinStr定義一個(gè)取反運(yùn)算符~

#?~?運(yùn)算符
def?__invert__(self):
????inverted_bin_str?=?''.join(['1'?if?i?==?'0'?else?'0'?for?i?in?self.bin_str])
????return?BinStr(inverted_bin_str)

__invert__方法中，遍歷bin_str字符串，將每位取反，并返回一個(gè)新的BinStr類對(duì)象。

x?=?BinStr('1011')

invert_x?=?~x
print(invert_x.bin_str)?#?0100

下面是位運(yùn)算符的雙下方法

這部分也支持反向位運(yùn)算符和增量賦值位運(yùn)算符，規(guī)則跟算數(shù)運(yùn)算符一樣，這里就不再贅述。

3.字符串表示

這部分涉及兩個(gè)雙下方法__repr__和__format__，在某些特殊場(chǎng)景，如print，會(huì)自動(dòng)調(diào)用，將對(duì)象轉(zhuǎn)成字符串。

還是以BinStr為例，先寫(xiě)__repr__方法。

def?__repr__(self):
????decimal?=?int('0b'+self.bin_str,?2)
????return?f'二進(jìn)制字符串：{self.bin_str}，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字：{decimal}'

x?=?BinStr('1011')
print(x)
#?輸出：二進(jìn)制字符串：1011，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字：11

當(dāng)程序執(zhí)行print(x)時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用__repr__方法，獲取對(duì)象x對(duì)應(yīng)的字符串。

再寫(xiě)__format__方法，它也是將對(duì)象格式化為字符串。

def?__format__(self,?format_spec):
????return?format_spec?%?self.bin_str

print('{0:二進(jìn)制字符串：%s}'.format(x))
#?輸出：二進(jìn)制字符串：1011

當(dāng).format方法的前面字符串里包含0:時(shí)，就會(huì)自動(dòng)調(diào)用__format__方法，并將字符串傳給format_spec參數(shù)。

4.數(shù)值轉(zhuǎn)換

調(diào)用int(obj)、float(obj)等方法，可以將對(duì)象轉(zhuǎn)成相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)。

def?__int__(self):
????return?int('0b'+self.bin_str,?2)

x?=?BinStr('1011')
print(int(x))

當(dāng)調(diào)用int(x)時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用__int__方法，將二進(jìn)制字符串轉(zhuǎn)成十進(jìn)制數(shù)字。

數(shù)值轉(zhuǎn)換除了上面的兩個(gè)外，還有__abs__、__bool__、__complex__、__hash__、__index__和__str__。

__str__和__repr__一樣，在print時(shí)都會(huì)被自動(dòng)調(diào)用，但__str__優(yōu)先級(jí)更高。

5.集合相關(guān)的雙下方法

這部分可以像集合那樣，定義對(duì)象長(zhǎng)度、獲取某個(gè)位置元素、切片等方法。

以__len__和__getitem__為例

def?__len__(self):
????return?len(self.bin_str)

def?__getitem__(self,?item):
????return?self.bin_str[item]

x?=?BinStr('1011')

print(len(x))??#?4
print(x[0])??#?1
print(x[0:3])??#?101

len(x)會(huì)自動(dòng)調(diào)用__len__返回對(duì)象的長(zhǎng)度。

通過(guò)[]方式獲取對(duì)象的元素時(shí)，會(huì)自動(dòng)調(diào)用__getitem__方法，并將切片對(duì)象傳給item參數(shù)，即可以獲取單個(gè)元素，還可以獲取切片。

集合相關(guān)的雙下方法還包括__setitem__、__delitem__和__contains__。

6.迭代相關(guān)的雙下方法

可以在對(duì)象上使用for-in遍歷。

def?__iter__(self):
????self.cur_i?=?-1
????return?self

def?__next__(self):
????self.cur_i?+=?1
????if?self.cur_i?>=?len(self.bin_str):
????????raise?StopIteration()??#?退出迭代
????return?self.bin_str[self.cur_i]

x?=?BinStr('1011')
for?i?in?x:
????print(i)

當(dāng)在x上使用for-in循環(huán)時(shí)，會(huì)先調(diào)用__iter__方法將游標(biāo)cur_i置為初始值-1，然后不斷調(diào)用__next__方法遍歷self.bin_str中的每一位。

這部分還有一個(gè)__reversed__方法用來(lái)反轉(zhuǎn)對(duì)象。

def?__reversed__(self):
????return?BinStr(''.join(list(reversed(self.bin_str))))

x?=?BinStr('1011')
reversed_x?=?reversed(x)
print(reversed_x)
#?輸出：二進(jìn)制字符串：1101，對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)字：13

7.類相關(guān)的雙下方法

做 web 開(kāi)發(fā)的朋友，用類相關(guān)的雙下方法會(huì)更多一些。

7.1 實(shí)例的創(chuàng)建和銷毀

實(shí)例的創(chuàng)建是__new__和__init__方法，實(shí)例的銷毀是__del__方法。

__new__的調(diào)用早于__init__，它的作用是創(chuàng)建對(duì)象的實(shí)例（內(nèi)存開(kāi)辟一段空間），而后才將該實(shí)例傳給__init__方法，完成實(shí)例的初始化。

由于__new__是類靜態(tài)方法，因此它可以控制對(duì)象的創(chuàng)建，從而實(shí)現(xiàn)單例模式。

__del__方法在實(shí)例銷毀時(shí)，被自動(dòng)調(diào)用，可以用來(lái)做一些清理工作和資源釋放的工作。

7.2 屬性管理

類屬性的訪問(wèn)和設(shè)置。包括__getattr__、__getattribute__、__setattr__和__delattr__方法。

__getattr__和__getattribute__的區(qū)別是，當(dāng)訪問(wèn)類屬性時(shí)，無(wú)論屬性存不存在都會(huì)調(diào)用__getattribute__方法，只有當(dāng)屬性不存在時(shí)才會(huì)調(diào)用__getattr__方法。

7.3 屬性描述符

控制屬性的訪問(wèn)，一般用于把屬性的取值控制在合理范圍內(nèi)。包括__get__、__set__和__delete__方法。

class?XValidation:
????def?__get__(self,?instance,?owner):
????????return?self.x

????def?__set__(self,?instance,?value):
????????if?0?<=?value?<=?100:
????????????self.x?=?value
????????else:
????????????raise?Exception('x不能小于0，不能大于100')

????def?__delete__(self,?instance):
????????print('刪除屬性')


class?MyCls:
????x?=?XValidation()

????def?__init__(self,?n):
????????self.x?=?n

obj?=?MyCls(10)
obj.x?=?101
print(obj.x)?#?拋異常：Exception: x不能小于0，不能大于100

上述例子，通過(guò)類屬性描述符，可以將屬性x的取值控制在[0, 100]之前，防止不合法的取值。

8.總結(jié)

雖然上面介紹的不是所有的雙下方法，但也算是絕大多數(shù)了。

雖然雙下方法里可以編寫(xiě)任意代碼，但大家盡量編寫(xiě)與方法要求一樣的代碼。如，在__add__方法實(shí)現(xiàn)的不是對(duì)象相加而是相減，雖然也能運(yùn)行，但這樣會(huì)造成很大困惑，不利于代碼維護(hù)。