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
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方法名 |
重载说明 |
运算符调用方式 |
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__init__ |
构造函数 |
对象创建: X = Class(args) |
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__del__ |
析构函数 |
X对象收回 |
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__add__/__sub__ |
加减运算 |
X+Y， X+=Y/X-Y， X-=Y |
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__or__ |
运算符| |
X|Y, X|=Y |
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_repr__／__str__ |
打印／转换 |
print(X)、repr(X)／str(X) |
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__call__ |
函数调用 |
X(*args, **kwargs) |
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__getattr__ |
属性引用 |
X.undefined |
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__setattr__ |
属性赋值 |
X.any=value |
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__delattr__ |
属性删除 |
del X.any |
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__getattribute__ |
属性获取 |
X.any |
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__getitem__ |
索引运算 |
X[key]，X[i:j] |
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__setitem__ |
索引赋值 |
X[key]，X[i:j]=sequence |
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__delitem__ |
索引和分片删除 |
del X[key]，del X[i:j] |
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__len__ |
长度 |
len(X) |
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__bool__ |
布尔测试 |
bool(X) |
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__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 ） |
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__radd__ |
右侧加法 |
other+X |
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__iadd__ |
实地（增强的）加法 |
X+=Y(or else __add__) |
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__iter__, __next__ |
迭代 |
I=iter(X), next() |
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__contains__ |
成员关系测试 |
item in X(X为任何可迭代对象) |
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__index__ |
整数值 |
hex(X), bin(X), oct(X) |
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__enter__, __exit__ |
环境管理器 |
with obj as var: |
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__get__, __set__, __delete__ |
描述符属性 |
X.attr, X.attr=value, del X.attr |
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__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。
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>>> 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。
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>>> 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 + 510>>> c - 32 |
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。
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>>> 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。
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>>> 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：
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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 = 3a.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。
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__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。
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>>> 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) ... 123456 |
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。
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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：
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__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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