Python 中的神秘運算符
- 2020 年 1 月 20 日
- 筆記
今天我們來講講 Python 里一個不為眾人所知的運算符。你可能會覺得疑惑：還有我不知道的運算符？別急着下結論，先往下看看再說。
在 Python3.5 中通過 PEP465
（https://www.python.org/dev/peps/pep-0465）加入了 @運算符，也就是矩陣相乘運算符。雖然目前沒有任何內置的 Python 類型實現了這個運算符的邏輯（就只是挖了個坑），但是如果你用過 numpy，大概對這個運算符的邏輯並不陌生：
>>> a = numpy.array([1, 2, 3]) >>> b = numpy.array([10, 20, 30]) >>> a @ b 140 >>> c = numpy.array([[10, 15], [20, 25], [30, 35]]) >>> d = numpy.array([[4, 5, 6], [7, 8, 9]]) >>> c @ d array([[145, 170, 195], [255, 300, 345], [365, 430, 495]])
如今，在原生的 Python 代碼中，你也可以使用這個運算符。但前提是，你得自己實現具體的運算規則，也就是實現 __matmul__()，__rmatmul__() 和 __imatmul__() 這3個方法。
在看實例之前，我們先來了解下這種特殊的類方法。
在官方文檔中，我們看到與 __matmul__ 方法一起介紹的還有 __add__，__sub__ 等等（注意前後都是2個下劃線），這些方法都是用來定義此類型的運算符號。
假設現在有一個類叫 A，我們在其 class 中實現了加法方法 __add__：
def __add__(self, value): # 具體實現代碼（略）
那麼我們就可以在代碼中對 A 的實例進行加法運算：
a = A() b = A() c = a + b
此種情況下，__add__ 函數會被調用，self 對應的是 a 變量，而 value 對應的則是 b 變量。
__matmul__ 與之類似，唯一的不同就是它會在使用 @ 操作符而不是 + 時被調用。
同樣的道理，__rmatmul__ 對應操作數不支持相關運算或者類型不同的情況，__imatmul__ 則對應複合賦值運算符的情況：
a = A() b = A() c = a @ b # __matmul__ d = a @ 1 # __rmatmul__ a @= 1 #__imatmul__
接下來我們來創建一個繼承 list 的類並實現矩陣乘法：
class NewList(list): def __matmul__(self, v): result = [] for i in range(len(self)): result.append([]) for j in range(len(v[0])): result[i].append(0) for i in range(len(self)): for j in range(len(v[0])): for k in range(len(v)): result[i][j] += self[i][k] * v[k][j] return result # 測試 x = NewList([[7, 7, 3], [4, 5, 6], [6, 4, 3]]) y = NewList([[5, 4, 1, 2], [6, 2, 3, 0], [4, 5, 6, 1]]) z = x @ y for i in z: print(i)
輸出結果：
[89, 57, 46, 17] [74, 56, 55, 14] [66, 47, 36, 15]
雖然這個符號的設定是用於矩陣乘法，但實際上可以自定義為任何操作。比如我們可以用它來計算直角坐標繫上兩個點之間的距離：
from math import sqrt class Point: def __init__(self, x, y): self.x = x # x坐標 self.y = y # y坐標 def __matmul__(self, value): x_sub = self.x - value.x y_sub = self.y - value.y return sqrt(x_sub**2 + y_sub**2) a = Point(1, 3) b = Point(4, 7) print(a @ b)
以上便是我今天跟大家分享的 Python 神秘操作符。
註：本文來自編程教室的讀者 @pynickle 即將發佈的 GitChat 的一部分。此次 GitChat 中，他將會介紹一些 Python 的冷知識（但不適合零基礎小白，明天截止預訂），如果你感興趣的話，歡迎加入一起討論交流。
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作者：pynickle
