魔法方法推开Python进阶学习大门

本文转载自微信公众号「PythonMind」，作者dongfanger。转载本文请联系PythonMind公众号。 

热爱Python

Python是Guido van Rossum设计出来的让使用者觉得如沐春风的一门编程语言。2020年11月12日，64岁的Python之父宣布由于退休生活太无聊，自己决定加入Microsoft的DevDiv Team，致力于“确保更好地使用Python”。尽管在国内有些声音在Diss着Python，认为它太简单，只是个脚本语言，但是它的发明者对Python的热情，仍然激励着我们坚持对Python的热爱。

龟叔是所有编程语言发明者当中头发最多的这位。

奇迹时刻

collection.len()是面向对象语言的写法，len(collection)是Python语言的写法，这种风格叫做Pythonic。从前者到后者，就像变魔术一样，一瞬间让人眼前一亮。这个魔术就是Python魔法方法，或者叫双下方法，它是用双下划线开头和双下划线结尾的特殊方法，比如obj[key]，Python解释器实际上会转换成obj.__getitem__(key)来运行，但是使用者并无感知。

__getitem__和__len

____getitem__用来获取数据，__len__用来返回长度，这2个魔法方法是Python基础，我们通过一副扑克牌来了解：

import collections 
 
# 定义一副牌 
Card = collections.namedtuple('Card', ['rank', 'suit']) 
 
class FrenchDeck: 
    # 大小 
    ranks = [str(n) for n in range(2, 11)] + list('JQKA') 
    # 花色 
    suits = 'spades diamonds clubs hearts'.split() 
 
    def __init__(self): 
        # 生成一副牌 
        self._cards = [Card(rank, suit) for suit in self.suits 
                                        for rank in self.ranks] 
 
    def __len__(self): 
        return len(self._cards) 
 
    def __getitem__(self, position): 
        return self._cards[position] 

本来我们对这副牌什么都不能做，但是由于实现了__len__，可以使用len()函数查看有多少张牌：

>>> len(deck) 
52 

由于实现了__getitem__，可以使用中括号索引取值：

>>> deck[0] 
Card(rank='2', suit='spades') 

能进行切片：

>>> deck[:3] 
[Card(rank='2', suit='spades'), Card(rank='3', suit='spades'), Card(rank='4', suit='spades')] 
>>> deck[12::13] 
[Card(rank='A', suit='spades'), Card(rank='A', suit='diamonds'), Card(rank='A', suit='clubs'), Card(rank='A', suit='hearts')] 

能迭代：

>>> for card in deck:  # doctest: +ELLIPSIS 
...   print(card) 
Card(rank='2', suit='spades') 
Card(rank='3', suit='spades') 
Card(rank='4', suit='spades') 
... 

发现没有，魔法方法是可以用来装B的!别人写个类只能get、set，你写个类还能花式炫技，666。

Python魔法方法是给Python解释器使用的，一般不需要直接调用，Python会自己去调，比如把len(my_object)写成my_object.__len__()，就弄巧成拙了。

魔法方法实现运算符

前面例子实现了取值和长度，接着再看一个例子，使用__repr__、__abs__、__bool__、__add__、__mul__，实现运算符：

from math import hypot 
 
# 二维向量 
class Vector: 
 
    def __init__(self, x=0, y=0): 
        self.x = x 
        self.y = y 
 
    # 表达式 
    def __repr__(self): 
        return 'Vector(%r, %r)' % (self.x, self.y) 
 
    # 绝对值 
    def __abs__(self): 
        return hypot(self.x, self.y) 
 
    # 布尔值 
    def __bool__(self): 
        return bool(abs(self)) 
 
    # 加法 
    def __add__(self, other): 
        x = self.x + other.x 
        y = self.y + other.y 
        return Vector(x, y) 
 
    #乘法 
    def __mul__(self, scalar): 
        return Vector(self.x * scalar, self.y * scalar) 

__add__实现了加法：

>>> v1 = Vector(2, 4) 
>>> v2 = Vector(2, 1) 
>>> v1 + v2 
Vector(4, 5) 

__abs__实现了绝对值：

>>> v = Vector(3, 4) 
>>> abs(v) 
5.0 

__mul__实现了乘法：

>>> v * 3 
Vector(9, 12) 

__repr__实现了对象的字符串表示：

Vector(4, 5) 

否则得到的字符串可能是。

__bool__实现了布尔值：

if Vector(4, 5): 
    return True 

其他魔法方法

一篇文章是讲不完魔法方法的，我们会在后续文章中，继续探讨如何使用和实现它们。

Tips

本小节内容是我看《流畅的Python》第一遍时记录的知识点：

1. collections.namedtuple可以用来创建只有少数属性但没有方法的对象，比如

beer_card = Card('7', 'diamonds') 

1. 2.random.choice和random.sample不一样的地方在于，sample是返回序列，choice是返回元素，当使用sample(list, 1)[0]的时候，不如直接使用choice(list)。
2. 特殊方法的存在是为了被Python解释器调用的。
3. PyVarObject是表示内存中长度可变的内置对象的C语言结构体。list或str或bytearray的__len__实际上返回的PyVarObject.ob_size属性，这个比调用一个方法要快的多。
4. len之所以不是一个普通方法，是为了让python自带的数据结构可以走后门，abs也是同理。
5. 很多时候调用__init__方法的目的是，在你自己的子类的__init__方法中调用超类的构造器。
6. abs，如果输入是整数或者浮点数，它返回的是输入值的绝对值;如果输入是复数，那么返回这个复数的模。
7. __repr__和__str__二选一的话，__repr__更好，因为如果一个对象没有__str__函数，解释器会用__repr__作为替代。
8. python对象的一个基本要求就是它得有合理的字符串表示形式，这就是数据模型中存在特殊方法__repr__和__str__的原因。
9. 为了判定一个值x为真还是为假，python会调用bool(x)，它的背后是调用x.__bool__()。如果不存在，就会调用x.__len__()，返回0为Flase，非0为True。
10. python通过运算符重载这一模式提供了丰富的数值类型，除了内置那些，还有decimal.Decimal和fractions.Fraction。

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