Python双下方法
程序员小六 人气:0前言
大家在写 Python 代码的时候有没有这样的疑问。
为什么数学中的+号，在字符串运算中却变成拼接功能，如'ab' + 'cd'结果为abcd；而*号变成了重复功能，如'ab' * 2结果为abab。
为什么某些对象print能输出数据，而print自定义的类对象却输出一堆看不懂的代码<__main__.MyCls object at 0x105732250>。
不是因为系统做了特殊定制，而是 Python 中有一类特殊的方法，在某些特定的场合会自动调用。如，在字符串类str中定义了__add__方法后，当代码遇到字符串相加'ab' + 'cd'时，就会自动调用__add__方法完成字符串拼接。
因为这类特殊方法的方法名都是以双下划线开始和结束，所以又被称为双下方法。
Python 中的双下方法很多，今天我们对它做个详解。
Python中的双下方法
1. init方法
__init__的方法是很多人接触的第一个双下方法。
class A: def __init__(self, a): self.a = a
当调用A()实例化对象的时候，__init__方法会被自动调用，完成对象的初始化。
2. 运算符的双下方法
在类中定义运算符相关的双下方法，可以直接在类对象上做加减乘除、比较等操作。
这里，定义一个尺子类Rule，它包含一个属性r_len代表尺子的长度。
class Rule: def __init__(self, r_len): self.r_len = r_len
2.1 比较运算符
如果想按照尺子的长度对不同的尺子做比较，需要在Rule类中定义比较运算符。
class Rule: def __init__(self, r_len): self.r_len = r_len # < 运算符 def __lt__(self, other): return self.r_len < other.r_len # <= 运算符 def __le__(self, other): return self.r_len <= other.r_len # > 运算符 def __gt__(self, other): return self.r_len > other.r_len # >= 运算符 def __ge__(self, other): return self.r_len >= other.r_len
这里定义了<、<=、>和>=四个比较运算符，这样就可以用下面的代码比较Rule对象了。
rule1 = Rule(10) rule2 = Rule(5) print(rule1 > rule2) # True print(rule1 >= rule2) # True print(rule1 < rule2) # False print(rule1 <= rule2) # False
当用>比较rule1和rule2的时候，rule1对象会自动调用__gt__方法，并将rule2对象传给other参数，完成比较。
下面是比较运算符的双下方法
比较运算符双下方法
2.2 算术运算符
可以支持类对象加减乘除。
def __add__(self, other): return Rule(self.r_len + other.r_len)
这里定义了__add__方法，对应的是+运算符，他会把两个尺子的长度相加，并生成新的尺子。
rule1 = Rule(10) rule2 = Rule(5) rule3 = rule1 + rule2
下面是算术运算符的双下方法
2.3 反向算术运算符
它支持其他类型的变量与Rule类相加。以__radd__方法为例
def __radd__(self, other): return self.r_len + other
rule1 = Rule(10) rule2 = 10 + rule1
程序执行10 + rule1时，会尝试调用int类的__add__但int类类没有定义与Rule类对象相加的方法，所以程序会调用+号右边对象rule1的__radd__方法，并把10传给other参数。
所以这种运算符又叫右加运算符。它所支持的运算符与上面的算术运算符一样，方法名前加r即可。
2.4 增量赋值运算符
增量赋值运算符是+=、-=、*=、/=等。
def __iadd__(self, other): self.r_len += other return self
rule1 = Rule(10) rule1 += 5
除了__divmod__方法，其他的跟算数运算符一样，方面名前都加i。
2.4 位运算符
这部分支持按二进制进行取反、移位和与或非等运算。由于Rule类不涉及位运算，所以我们换一个例子。
定义二进制字符串的类BinStr，包含bin_str属性，表示二进制字符串。
class BinStr: def __init__(self, bin_str): self.bin_str = bin_str
x = BinStr('1010') #创建二进制字符串对象
print(x.bin_str) # 1010给BinStr定义一个取反运算符~
# ~ 运算符 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，遍历bin_str字符串，将每位取反，并返回一个新的BinStr类对象。
x = BinStr('1011')
invert_x = ~x
print(invert_x.bin_str) # 0100下面是位运算符的双下方法
这部分也支持反向位运算符和增量赋值位运算符，规则跟算数运算符一样，这里就不再赘述。
3.字符串表示
这部分涉及两个双下方法__repr__和__format__，在某些特殊场景，如print，会自动调用，将对象转成字符串。
还是以BinStr为例，先写__repr__方法。
def __repr__(self):
decimal = int('0b'+self.bin_str, 2)
return f'二进制字符串：{self.bin_str}，对应的十进制数字：{decimal}'x = BinStr('1011')
print(x)
# 输出：二进制字符串：1011，对应的十进制数字：11当程序执行print(x)时，会自动调用__repr__方法，获取对象x对应的字符串。
再写__format__方法，它也是将对象格式化为字符串。
def __format__(self, format_spec): return format_spec % self.bin_str
print('{0:二进制字符串：%s}'.format(x))
# 输出：二进制字符串：1011当.format方法的前面字符串里包含0:时，就会自动调用__format__方法，并将字符串传给format_spec参数。
4.数值转换
调用int(obj)、float(obj)等方法，可以将对象转成相对应数据类型的数据。
def __int__(self):
return int('0b'+self.bin_str, 2)x = BinStr('1011')
print(int(x))当调用int(x)时，会自动调用__int__方法，将二进制字符串转成十进制数字。
数值转换除了上面的两个外，还有__abs__、__bool__、__complex__、__hash__、__index__和__str__。
__str__和__repr__一样，在print时都会被自动调用，但__str__优先级更高。
5.集合相关的双下方法
这部分可以像集合那样，定义对象长度、获取某个位置元素、切片等方法。
以__len__和__getitem__为例
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]) # 101len(x)会自动调用__len__返回对象的长度。
通过[]方式获取对象的元素时，会自动调用__getitem__方法，并将切片对象传给item参数，即可以获取单个元素，还可以获取切片。
集合相关的双下方法还包括__setitem__、__delitem__和__contains__。
6.迭代相关的双下方法
可以在对象上使用for-in遍历。
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)当在x上使用for-in循环时，会先调用__iter__方法将游标cur_i置为初始值-1，然后不断调用__next__方法遍历self.bin_str中的每一位。
这部分还有一个__reversed__方法用来反转对象。
def __reversed__(self):
return BinStr(''.join(list(reversed(self.bin_str))))x = BinStr('1011')
reversed_x = reversed(x)
print(reversed_x)
# 输出：二进制字符串：1101，对应的十进制数字：137.类相关的双下方法
做 web 开发的朋友，用类相关的双下方法会更多一些。
7.1 实例的创建和销毁
实例的创建是__new__和__init__方法，实例的销毁是__del__方法。
__new__的调用早于__init__，它的作用是创建对象的实例（内存开辟一段空间），而后才将该实例传给__init__方法，完成实例的初始化。
由于__new__是类静态方法，因此它可以控制对象的创建，从而实现单例模式。
__del__方法在实例销毁时，被自动调用，可以用来做一些清理工作和资源释放的工作。
7.2 属性管理
类属性的访问和设置。包括__getattr__、__getattribute__、__setattr__和__delattr__方法。
__getattr__和__getattribute__的区别是，当访问类属性时，无论属性存不存在都会调用__getattribute__方法，只有当属性不存在时才会调用__getattr__方法。
7.3 属性描述符
控制属性的访问，一般用于把属性的取值控制在合理范围内。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('删除属性')
class MyCls:
x = XValidation()
def __init__(self, n):
self.x = n
obj = MyCls(10)
obj.x = 101
print(obj.x) # 抛异常：Exception: x不能小于0，不能大于100上述例子，通过类属性描述符，可以将属性x的取值控制在[0, 100]之前，防止不合法的取值。
8.总结
虽然上面介绍的不是所有的双下方法，但也算是绝大多数了。
虽然双下方法里可以编写任意代码，但大家尽量编写与方法要求一样的代码。如，在__add__方法实现的不是对象相加而是相减，虽然也能运行，但这样会造成很大困惑，不利于代码维护。
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