Python运算符重载的代码教程

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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