Python运算符重载详解及实例代码

Python运算符重载

      Python语言提供了运算符重载功能，增强了语言的灵活性，这一点与C++有点类似又有些不同。鉴于它的特殊性，今天就来讨论一下Python运算符重载。

      Python语言本身提供了很多魔法方法，它的运算符重载就是通过重写这些Python内置魔法方法实现的。这些魔法方法都是以双下划线开头和结尾的，类似于__X__的形式，python通过这种特殊的命名方式来拦截操作符，以实现重载。当Python的内置操作运用于类对象时，Python会去搜索并调用对象中指定的方法完成操作。

       类可以重载加减运算、打印、函数调用、索引等内置运算，运算符重载使我们的对象的行为与内置对象的一样。Python在调用操作符时会自动调用这样的方法，例如，如果类实现了__add__方法，当类的对象出现在+运算符中时会调用这个方法。

常见运算符重载方法

方法名	重载说明	运算符调用方式
__init__	构造函数	对象创建: X = Class(args)
__del__	析构函数	X对象收回
__add__/__sub__	加减运算	X+Y， X+=Y/X-Y， X-=Y
__or__	运算符|	X|Y, X|=Y
_repr__／__str__	打印／转换	print(X)、repr(X)／str(X)
__call__	函数调用	X(*args, **kwargs)
__getattr__	属性引用	X.undefined
__setattr__	属性赋值	X.any=value
__delattr__	属性删除	del X.any
__getattribute__	属性获取	X.any
__getitem__	索引运算	X[key]，X[i:j]
__setitem__	索引赋值	X[key]，X[i:j]=sequence
__delitem__	索引和分片删除	del X[key]，del X[i:j]
__len__	长度	len(X)
__bool__	布尔测试	bool(X)
__lt__, __gt__,  __le__, __ge__,  __eq__, __ne__	特定的比较	依次为X<Y，X>Y，X<=Y，X>=Y，  X==Y，X!=Y  注释：（lt: less than, gt: greater than,    le: less equal, ge: greater equal,    eq: equal, ne: not equal  ）
__radd__	右侧加法	other+X
__iadd__	实地（增强的）加法	X+=Y(or else __add__)
__iter__, __next__	迭代	I=iter(X), next()
__contains__	成员关系测试	item in X(X为任何可迭代对象)
__index__	整数值	hex(X), bin(X),  oct(X)
__enter__, __exit__	环境管理器	with obj as var:
__get__, __set__,  __delete__	描述符属性	X.attr, X.attr=value, del X.attr
__new__	创建	在__init__之前创建对象

   下面对常用的运算符方法的使用进行一下介绍。

构造函数和析构函数：__init__和__del__

       它们的主要作用是进行对象的创建和回收，当实例创建时，就会调用__init__构造方法。当实例对象被收回时，析构函数__del__会自动执行。

>>> class Human(): 
...   def __init__(self, n): 
...     self.name = n 
...       print("__init__ ",self.name) 
...   def __del__(self): 
...     print("__del__") 
...  
>>> h = Human('Tim') 
__init__ Tim 
>>> h = 'a' 
__del__ 

加减运算：__add__和__sub__

       重载这两个方法就可以在普通的对象上添加＋－运算符操作。下面的代码演示了如何使用＋－运算符，如果将代码中的__sub__方法去掉，再调用减号运算符就会出错。

>>> class Computation(): 
...   def __init__(self,value): 
...     self.value = value 
...   def __add__(self,other): 
...     return self.value + other 
...   def __sub__(self,other): 
...     return self.value - other 
...  
>>> c = Computation(5) 
>>> c + 5 
10 
>>> c - 3 
2 

对象的字符串表达形式：__repr__和__str__

       这两个方法都是用来表示对象的字符串表达形式：print()、str()方法会调用到__str__方法，print()、str()和repr()方法会调用__repr__方法。从下面的例子可以看出，当两个方法同时定义时，Python会优先搜索并调用__str__方法。

>>> class Str(object): 
...   def __str__(self): 
...     return "__str__ called"   
...   def __repr__(self): 
...     return "__repr__ called" 
...  
>>> s = Str() 
>>> print(s) 
__str__ called 
>>> repr(s) 
'__repr__ called' 
>>> str(s) 
'__str__ called' 

索引取值和赋值：__getitem__, __setitem__

       通过实现这两个方法，可以通过诸如 X[i] 的形式对对象进行取值和赋值，还可以对对象使用切片操作。

>>> class Indexer: 
  data = [1,2,3,4,5,6] 
  def __getitem__(self,index): 
    return self.data[index] 
  def __setitem__(self,k,v): 
    self.data[k] = v 
    print(self.data) 
>>> i = Indexer() 
>>> i[0] 
1 
>>> i[1:4] 
[2, 3, 4] 
>>> i[0]=10 
[10, 2, 3, 4, 5, 6] 

设置和访问属性：__getattr__、__setattr__

       我们可以通过重载__getattr__和__setattr__来拦截对对象成员的访问。__getattr__在访问对象中不存在的成员时会自动调用。__setattr__方法用于在初始化对象成员的时候调用，即在设置__dict__的item时就会调用__setattr__方法。具体例子如下：

class A(): 
  def __init__(self,ax,bx): 
    self.a = ax 
    self.b = bx 
  def f(self): 
    print (self.__dict__) 
  def __getattr__(self,name): 
    print ("__getattr__") 
  def __setattr__(self,name,value): 
    print ("__setattr__") 
    self.__dict__[name] = value 
 
a = A(1,2) 
a.f() 
a.x 
a.x = 3 
a.f() 

     上面代码的运行结果如下，从结果可以看出，访问不存在的变量x时会调用__getattr__方法；当__init__被调用的时候，赋值运算也会调用__setattr__方法。

__setattr__ 
__setattr__ 
{'a': 1, 'b': 2} 
__getattr__ 
__setattr__ 
{'a': 1, 'x': 3, 'b': 2} 

迭代器对象: __iter__,  __next__

       Python中的迭代，可以直接通过重载__getitem__方法来实现，看下面的例子。

>>> class Indexer: 
...   data = [1,2,3,4,5,6] 
...   def __getitem__(self,index): 
...       return self.data[index] 
...  
>>> x = Indexer() 
>>> for item in x: 
...   print(item) 
...  
1 
2 
3 
4 
5 
6 

      通过上面的方法是可以实现迭代，但并不是最好的方式。Python的迭代操作会优先尝试调用__iter__方法，再尝试__getitem__。迭代环境是通过iter去尝试寻找__iter__方法来实现，而这种方法返回一个迭代器对象。如果这个方法已经提供，Python会重复调用迭代器对象的next()方法，直到发生StopIteration异常。如果没有找到__iter__，Python才会尝试使用__getitem__机制。下面看一下迭代器的例子。

class Next(object): 
  def __init__(self, data=1): 
    self.data = data 
  def __iter__(self): 
    return self 
  def __next__(self): 
    print("__next__ called") 
    if self.data > 5: 
      raise StopIteration 
    else: 
      self.data += 1 
      return self.data 
for i in Next(3): 
  print(i) 
print("-----------") 
n = Next(3) 
i = iter(n) 
while True: 
  try: 
    print(next(i)) 
  except Exception as e: 
    break 

   程序的运行结果如下：

__next__ called 
4 
__next__ called 
5 
__next__ called 
6 
__next__ called 
----------- 
__next__ called 
4 
__next__ called 
5 
__next__ called 
6 
__next__ called 

    可见实现了__iter__和__next__方法后，可以通过for in的方式迭代遍历对象，也可以通过iter()和next()方法迭代遍历对象。

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