python的多种魔术方法

  • 2020 年 9 月 21 日
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定制类和魔法方法

  • new
  • str , repr
  • iter
  • getitem , setitem , delitem
  • getattr , setattr , delattr
  • call

new

在 Python 中，当我们创建一个类的实例时，类会先调用 new(cls[, …]) 来创建实例，然后 init 方法再对该实例（self）进行初始化。

关于 new 和 init 有几点需要注意：
new 是在 init 之前被调用的；
new 是类方法，init 是实例方法；
重载 new 方法，需要返回类的实例；
一般情况下，我们不需要重载 new 方法。但在某些情况下，我们想控制实例的创建过程，这时可以通过重载 _new 方法来实现。

class A(object):
    _dict = dict()

    def __new__(cls):
        if 'key' in A._dict:
            print "EXISTS"
            return A._dict['key']
        else:
            print "NEW"
            return object.__new__(cls)

    def __init__(self):
        print "INIT"
        A._dict['key'] = self

str & repr

class Foo(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __str__(self):
        return 'Foo object (name: %s)' % self.name
    def __repr__(self):
        return 'Foo object (name: %s)' % self.name

print Foo(‘ethan’) # 使用 print
Foo object (name: ethan)

str(Foo(‘ethan’)) # 使用 str
‘Foo object (name: ethan)’

Foo(‘ethan’) # 直接显示
<main.Foo at 0x10c37a490>

Foo(‘ethan’) # 使用repr(类中实现)
‘Foo object (name: ethan)’

iter

在某些情况下，我们希望实例对象可被用于 for…in 循环，这时我们需要在类中定义 iter 和 next（在 Python3 中是 next）方法，其中，iter 返回一个迭代对象，next 返回容器的下一个元素，在没有后续元素时抛出 StopIteration 异常.

看一个斐波那契数列的例子：

class Fib(object):
    def __init__(self):
        self.a, self.b = 0, 1

    def __iter__(self):  # 返回迭代器对象本身
        return self      

    def next(self):      # 返回容器下一个元素
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b
        return self.a

fib = Fib()
for i in fib:
… if i > 10:
… break
… print i

getitem、setitem、delitem

geitem 用于获取值，类似地，setitem 用于设置值，delitem 用于删除值，让我们看下面一个例子：

class Point(object):
    def __init__(self):
        self.coordinate = {}

    def __str__(self):
        return "point(%s)" % self.coordinate

    def __getitem__(self, key):
        return self.coordinate.get(key)

    def __setitem__(self, key, value):
        self.coordinate[key] = value

    def __delitem__(self, key):
        del self.coordinate[key]
        print 'delete %s' % key

    def __len__(self):
        return len(self.coordinate)

    __repr__ = __str__

在上面，我们定义了一个 Point 类，它有一个属性 coordinate（坐标），是一个字典，让我们看看使用：

>>> p = Point()
>>> p['x'] = 2    # 对应于 p.__setitem__('x', 2)
>>> p['y'] = 5    # 对应于 p.__setitem__('y', 5)
>>> p             # 对应于 __repr__
point({'y': 5, 'x': 2})
>>> len(p)        # 对应于 p.__len__
2
>>> p['x']        # 对应于 p.__getitem__('x')
2
>>> p['y']        # 对应于 p.__getitem__('y')
5
>>> del p['x']    # 对应于 p.__delitem__('x')
delete x
>>> p
point({'y': 5})
>>> len(p)
1

getattr、setattr、delattr

当我们获取对象的某个属性，如果该属性不存在，会抛出 AttributeError 异常，比如：

class Point(object):
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

>>> p = Point(3, 4)
>>> p.x, p.y
(3, 4)
>>> p.z
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-547-6dce4e43e15c> in <module>()
----> 1 p.z

AttributeError: 'Point' object has no attribute 'z'

那有没有办法不让它抛出异常呢？当然有，只需在类的定义中加入 getattr 方法，比如：

class Point(object):
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y
    def __getattr__(self, attr):
        if attr == 'z':
            return 0

>>> p = Point(3, 4)
>>> p.z
0

现在，当我们调用不存在的属性（比如 z）时，解释器就会试图调用 getattr(self, ‘z’) 来获取值，但是，上面的实现还有一个问题，当我们调用其他属性，比如 w ，会返回 None，因为 getattr 默认返回就是 None，只有当 attr 等于 ‘z’ 时才返回 0，如果我们想让 getattr 只响应几个特定的属性，可以加入异常处理，修改 getattr 方法，如下：

def __getattr__(self, attr):
    if attr == 'z':
        return 0
    raise AttributeError("Point object has no attribute %s" % attr)

setattr, delattr

class Point(object):
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    def __getattr__(self, attr):
        if attr == 'z':
            return 0
        raise AttributeError("Point object has no attribute %s" % attr)

    def __setattr__(self, *args, **kwargs):  
        print 'call func set attr (%s, %s)' % (args, kwargs)
        return object.__setattr__(self, *args, **kwargs)

    def __delattr__(self, *args, **kwargs):  
        print 'call func del attr (%s, %s)' % (args, kwargs)
        return object.__delattr__(self, *args, **kwargs)

>>> p = Point(3, 4)
call func set attr (('x', 3), {})
call func set attr (('y', 4), {})
>>> p.z
0
>>> p.z = 7
call func set attr (('z', 7), {})
>>> p.z
7
>>> p.w
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "<stdin>", line 8, in __getattr__
AttributeError: Point object has no attribute w
>>> p.w = 8
call func set attr (('w', 8), {})
>>> p.w
8
>>> del p.w
call func del attr (('w',), {})
>>> p.__dict__
{'y': 4, 'x': 3, 'z': 7}

call

我们一般使用 obj.method() 来调用对象的方法，那能不能直接在实例本身上调用呢？在 Python 中，只要我们在类中定义 call 方法，就可以对实例进行调用，比如下面的例子：

class Point(object):
    def __init__(self, x, y):
        self.x, self.y = x, y
    def __call__(self, z):
        return self.x + self.y + z

使用如下：

>>> p = Point(3, 4)
>>> callable(p)     # 使用 callable 判断对象是否能被调用
True
>>> p(6)            # 传入参数，对实例进行调用，对应 p.__call__(6)
13                  # 3+4+6

slots

在 Python 中，我们在定义类的时候可以定义属性和方法。当我们创建了一个类的实例后，我们还可以给该实例绑定任意新的属性和方法。
看下面一个简单的例子：

class Point(object):    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

>>> p = Point(3, 4)
>>> p.z = 5    # 绑定了一个新的属性
>>> p.z
5
>>> p.__dict__
{'x': 3, 'y': 4, 'z': 5}

在上面，我们创建了实例 p 之后，给它绑定了一个新的属性 z，这种动态绑定的功能虽然很有用，但它的代价是消耗了更多的内存。

因此，为了不浪费内存，可以使用 slots 来告诉 Python 只给一个固定集合的属性分配空间，对上面的代码做一点改进，如下：

class Point(object):
    __slots__ = ('x', 'y')       # 只允许使用 x 和 y

    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

上面，我们给 slots 设置了一个元组，来限制类能添加的属性。现在，如果我们想绑定一个新的属性，比如 z，就会出错了，如下：

>>> p = Point(3, 4)
>>> p.z = 5
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
<ipython-input-648-625ed954d865> in <module>()
----> 1 p.z = 5

AttributeError: 'Point' object has no attribute 'z'

注意：
使用 slots 有一点需要注意的是，slots 设置的属性仅对当前类有效，对继承的子类不起效，除非子类也定义了 slots，这样，子类允许定义的属性就是自身的 slots 加上父类的 slots。

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