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

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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