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python中實(shí)現(xiàn)定制類的特殊方法總結(jié)
2018-05-19
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python中實(shí)現(xiàn)定制類的特殊方法總結(jié)

看到類似__slots__這種形如__xxx__的變量或者函數(shù)名就要注意，這些在Python中是有特殊用途的。

__slots__我們已經(jīng)知道怎么用了，__len__()方法我們也知道是為了能讓class作用于len()函數(shù)。

除此之外，Python的class中還有許多這樣有特殊用途的函數(shù)，可以幫助我們定制類。

__str__

我們先定義一個(gè)Student類，打印一個(gè)實(shí)例：

代碼如下:

>>> class Student(object):
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...
>>> print Student('Michael')
<__main__.Student object at 0x109afb190>


打印出一堆<__main__.Student object at 0x109afb190>，不好看。

怎么才能打印得好看呢？只需要定義好__str__()方法，返回一個(gè)好看的字符串就可以了：

代碼如下:

>>> class Student(object):
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...     def __str__(self):
...         return 'Student object (name: %s)' % self.name
...
>>> print Student('Michael')
Student object (name: Michael)

這樣打印出來的實(shí)例，不但好看，而且容易看出實(shí)例內(nèi)部重要的數(shù)據(jù)。

但是細(xì)心的朋友會(huì)發(fā)現(xiàn)直接敲變量不用print，打印出來的實(shí)例還是不好看：

代碼如下:
>>> s = Student('Michael')
>>> s
<__main__.Student object at 0x109afb310>

這是因?yàn)橹苯语@示變量調(diào)用的不是__str__()，而是__repr__()，兩者的區(qū)別是__str__()返回用戶看到的字符串，而__repr__()返回程序開發(fā)者看到的字符串，也就是說，__repr__()是為調(diào)試服務(wù)的。

解決辦法是再定義一個(gè)__repr__()。但是通常__str__()和__repr__()代碼都是一樣的，所以，有個(gè)偷懶的寫法：

代碼如下:
class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __str__(self):
        return 'Student object (name=%s)' % self.name
    __repr__ = __str__

__iter__

如果一個(gè)類想被用于for ... in循環(huán)，類似list或tuple那樣，就必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)__iter__()方法，該方法返回一個(gè)迭代對(duì)象，然后，Python的for循環(huán)就會(huì)不斷調(diào)用該迭代對(duì)象的next()方法拿到循環(huán)的下一個(gè)值，直到遇到StopIteration錯(cuò)誤時(shí)退出循環(huán)。

我們以斐波那契數(shù)列為例，寫一個(gè)Fib類，可以作用于for循環(huán)：

代碼如下:

class Fib(object):
    def __init__(self):
        self.a, self.b = 0, 1 # 初始化兩個(gè)計(jì)數(shù)器a，b

    def __iter__(self):
        return self # 實(shí)例本身就是迭代對(duì)象，故返回自己

    def next(self):
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b # 計(jì)算下一個(gè)值
        if self.a > 100000: # 退出循環(huán)的條件
            raise StopIteration();
        return self.a # 返回下一個(gè)值

現(xiàn)在，試試把Fib實(shí)例作用于for循環(huán)：

代碼如下:
>>> for n in Fib():
...     print n
...
1
1
2
3
5
...
46368
75025

__getitem__

Fib實(shí)例雖然能作用于for循環(huán)，看起來和list有點(diǎn)像，但是，把它當(dāng)成list來使用還是不行，比如，取第5個(gè)元素：

代碼如下:
>>> Fib()[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'Fib' object does not support indexing

要表現(xiàn)得像list那樣按照下標(biāo)取出元素，需要實(shí)現(xiàn)__getitem__()方法：

代碼如下:
class Fib(object):
    def __getitem__(self, n):
        a, b = 1, 1
        for x in range(n):
            a, b = b, a + b
        return a

現(xiàn)在，就可以按下標(biāo)訪問數(shù)列的任意一項(xiàng)了：

代碼如下:
>>> f = Fib()
>>> f[0]
1
>>> f[1]
1
>>> f[2]
2
>>> f[3]
3
>>> f[10]
89
>>> f[100]
573147844013817084101


但是list有個(gè)神奇的切片方法：

代碼如下:
>>> range(100)[5:10]
[5, 6, 7, 8, 9]

對(duì)于Fib卻報(bào)錯(cuò)。原因是__getitem__()傳入的參數(shù)可能是一個(gè)int，也可能是一個(gè)切片對(duì)象slice，所以要做判斷：

代碼如下:
class Fib(object):
    def __getitem__(self, n):
        if isinstance(n, int):
            a, b = 1, 1
            for x in range(n):
                a, b = b, a + b
            return a
        if isinstance(n, slice):
            start = n.start
            stop = n.stop
            a, b = 1, 1
            L = []
            for x in range(stop):
                if x >= start:
                    L.append(a)
                a, b = b, a + b
            return L

現(xiàn)在試試Fib的切片：

代碼如下:
>>> f = Fib()
>>> f[0:5]
[1, 1, 2, 3, 5]
>>> f[:10]
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]


但是沒有對(duì)step參數(shù)作處理：

代碼如下:
>>> f[:10:2]
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]

也沒有對(duì)負(fù)數(shù)作處理，所以，要正確實(shí)現(xiàn)一個(gè)__getitem__()還是有很多工作要做的。

此外，如果把對(duì)象看成dict，__getitem__()的參數(shù)也可能是一個(gè)可以作key的object，例如str。

與之對(duì)應(yīng)的是__setitem__()方法，把對(duì)象視作list或dict來對(duì)集合賦值。最后，還有一個(gè)__delitem__()方法，用于刪除某個(gè)元素。

總之，通過上面的方法，我們自己定義的類表現(xiàn)得和Python自帶的list、tuple、dict沒什么區(qū)別，這完全歸功于動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的“鴨子類型”，不需要強(qiáng)制繼承某個(gè)接口。

__getattr__

正常情況下，當(dāng)我們調(diào)用類的方法或?qū)傩詴r(shí)，如果不存在，就會(huì)報(bào)錯(cuò)。比如定義Student類：

代碼如下:
class Student(object):

    def __init__(self):
        self.name = 'Michael'
調(diào)用name屬性，沒問題，但是，調(diào)用不存在的score屬性，就有問題了：

代碼如下:
>>> s = Student()
>>> print s.name
Michael
>>> print s.score
Traceback (most recent call last):
  ...
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'

錯(cuò)誤信息很清楚地告訴我們，沒有找到score這個(gè)attribute。

要避免這個(gè)錯(cuò)誤，除了可以加上一個(gè)score屬性外，Python還有另一個(gè)機(jī)制，那就是寫一個(gè)__getattr__()方法，動(dòng)態(tài)返回一個(gè)屬性。修改如下：

代碼如下:
class Student(object):

    def __init__(self):
        self.name = 'Michael'

    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='score':
            return 99
當(dāng)調(diào)用不存在的屬性時(shí)，比如score，Python解釋器會(huì)試圖調(diào)用__getattr__(self, 'score')來嘗試獲得屬性，這樣，我們就有機(jī)會(huì)返回score的值：

代碼如下:
>>> s = Student()
>>> s.name
'Michael'
>>> s.score
99


返回函數(shù)也是完全可以的：

復(fù)制代碼代碼如下:

class Student(object):

    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='age':
            return lambda: 25


只是調(diào)用方式要變?yōu)椋?

復(fù)制代碼代碼如下:

>>> s.age()
25

注意，只有在沒有找到屬性的情況下，才調(diào)用__getattr__，已有的屬性，比如name，不會(huì)在__getattr__中查找。

此外，注意到任意調(diào)用如s.abc都會(huì)返回None，這是因?yàn)槲覀兌x的__getattr__默認(rèn)返回就是None。要讓class只響應(yīng)特定的幾個(gè)屬性，我們就要按照約定，拋出AttributeError的錯(cuò)誤：

代碼如下:
class Student(object):

    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='age':
            return lambda: 25
        raise AttributeError('\'Student\' object has no attribute \'%s\'' % attr)
這實(shí)際上可以把一個(gè)類的所有屬性和方法調(diào)用全部動(dòng)態(tài)化處理了，不需要任何特殊手段。

這種完全動(dòng)態(tài)調(diào)用的特性有什么實(shí)際作用呢？作用就是，可以針對(duì)完全動(dòng)態(tài)的情況作調(diào)用。

舉個(gè)例子：

現(xiàn)在很多網(wǎng)站都搞REST API，比如新浪微博、豆瓣啥的，調(diào)用API的URL類似：

http://api.server/user/friends
http://api.server/user/timeline/list

如果要寫SDK，給每個(gè)URL對(duì)應(yīng)的API都寫一個(gè)方法，那得累死，而且，API一旦改動(dòng)，SDK也要改。

利用完全動(dòng)態(tài)的__getattr__，我們可以寫出一個(gè)鏈?zhǔn)秸{(diào)用：

代碼如下:
class Chain(object):

    def __init__(self, path=''):
        self._path = path

    def __getattr__(self, path):
        return Chain('%s/%s' % (self._path, path))

    def __str__(self):
        return self._path


試試：

代碼如下:
>>> Chain().status.user.timeline.list
'/status/user/timeline/list'

這樣，無論API怎么變，SDK都可以根據(jù)URL實(shí)現(xiàn)完全動(dòng)態(tài)的調(diào)用，而且，不隨API的增加而改變！

還有些REST API會(huì)把參數(shù)放到URL中，比如GitHub的API：

代碼如下:
GET /users/:user/repos

調(diào)用時(shí)，需要把:user替換為實(shí)際用戶名。如果我們能寫出這樣的鏈?zhǔn)秸{(diào)用：

代碼如下:
Chain().users('michael').repos

就可以非常方便地調(diào)用API了。有興趣的童鞋可以試試寫出來。

__call__

一個(gè)對(duì)象實(shí)例可以有自己的屬性和方法，當(dāng)我們調(diào)用實(shí)例方法時(shí)，我們用instance.method()來調(diào)用。能不能直接在實(shí)例本身上調(diào)用呢？類似instance()？在Python中，答案是肯定的。

任何類，只需要定義一個(gè)__call__()方法，就可以直接對(duì)實(shí)例進(jìn)行調(diào)用。請(qǐng)看示例：

代碼如下:
class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __call__(self):
        print('My name is %s.' % self.name)
調(diào)用方式如下：

代碼如下:
>>> s = Student('Michael')
>>> s()
My name is Michael.


__call__()還可以定義參數(shù)。對(duì)實(shí)例進(jìn)行直接調(diào)用就好比對(duì)一個(gè)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用一樣，所以你完全可以把對(duì)象看成函數(shù)，把函數(shù)看成對(duì)象，因?yàn)檫@兩者之間本來就沒啥根本的區(qū)別。

如果你把對(duì)象看成函數(shù)，那么函數(shù)本身其實(shí)也可以在運(yùn)行期動(dòng)態(tài)創(chuàng)建出來，因?yàn)轭惖膶?shí)例都是運(yùn)行期創(chuàng)建出來的，這么一來，我們就模糊了對(duì)象和函數(shù)的界限。

那么，怎么判斷一個(gè)變量是對(duì)象還是函數(shù)呢？其實(shí)，更多的時(shí)候，我們需要判斷一個(gè)對(duì)象是否能被調(diào)用，能被調(diào)用的對(duì)象就是一個(gè)Callable對(duì)象，比如函數(shù)和我們上面定義的帶有__call()__的類實(shí)例：

代碼如下:
>>> callable(Student())
True
>>> callable(max)
True
>>> callable([1, 2, 3])
False
>>> callable(None)
False
>>> callable('string')
False

通過callable()函數(shù)，我們就可以判斷一個(gè)對(duì)象是否是“可調(diào)用”對(duì)象。

小結(jié)

Python的class允許定義許多定制方法，可以讓我們非常方便地生成特定的類。


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