运算符重载

Posted 2020-11-25 2019zjp

1.基础知识

python中所谓运算符重载，其实质为在类中定义从新定义其内在的函数，该类函数的显著特征表现为以"__"开始和结束。因此，当实例化该类时，会调用你从新定义的方法。

2.常见的运算符重载方法

__init__ （构造函数）；触发方式：X=classname(args)，实例化类，传参。

__del__（析构函数）；触发方式：X对象收回。

__add__（‘+’运算符）；触发方式：X+Y，X+=Y

__or__（‘|’运算符）；触发方式：X|Y，X=|Y

__repr__,__str__（打印、转换）；触发方式：print(X)、repr(X)、str(X)。

__call__（函数调用）；触发方式：X(args)。

__getattr__（访问属性）；触发方式：X.undefinded。

__setattr__（属性赋值）；触发方式：X.any=value。

__delattr__（删除属性）；触发方式：del X.any。

__getitem__（索引、分片、迭代）；触发方式：X[key]，X[i:j]、没有重载__iter__方法的for循环和其他迭代操作。

__setitem__（索引赋值和切片赋值）；触发方式：X[key]=value，X[i:j]=iterable。

__delitem__（索引删除和分片删除）；触发方式：del X[key]、del X[i:j]。

__len__（长度）；触发方式：len(X)，没有重载__bool__方法的真值测试。

__bool__（布尔测试）；触发方式：bool(X)。

__lt__，__gt__，__le__，__ge__，__eq__，__ne__（比较）；触发方式：X<Y、X>Y、X<=Y、X>=Y、X==Y、X!=Y。

__radd__（右侧‘+’）；触发方式：Other+X。

__iadd__（原位置‘+=’操作）；触发方式：X+=Y，若没有重载该方法，则使用__add__。

__iter__，__next__（迭代上下文）；触发方式：I=iter(X)，next(I)；for循环，没有重载__contains()方法的in操作、所有的推导表达式、map(func,iterable)等。

__contains__（成员关系测试）；触发方式：item in X （测试item是否在X中）。

__index__（整数值转化）；触发方式：hex(x)，bin(x)，oct(x)，O(x)。

__enter__，__exit__（上下文管理器）；触发方式：with obj as var：。

__get__、__set__、__delete__（描述符属性）；触发方式：X.attr、X.attr=value、del X.attr。

__new__（创建）；触发方式：在__init__前创建。

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2.1构造函数

class Number:
    def __init__(self,value):
        self.data=value
num=Number(3)#构造函数主要用于为类传参
print(num.data)

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2.2索引和切片：__getitem__、__setitem__ 

如果定义一个类重载了__getitem__，该方法就会自动被调用并进行实例的索引运算，该方法就像模拟列表的下标访问元素类似，即实例X[i]，将X作为第一个参数传入，i作为第二个参数传入。此外该方法还可以用于切片表达式。

在列表中，如L=[1,2,3,4,5]中，切片L[0:1]，其中“0：1”传入其实质就是一个切片对象。slice(0,1)，该切片对象有3个常见属性，start、stop、step。

__setitem__赋值传入3个参数，self默认，key和value。key相当于X[i]=10，中的i，value相当于10。

for语句通过使用从0到更大索引值，重复对序列进行索引运算，直到检测到超出边界的IndexError异常。因此，该方法可以用于重载迭代方式。若重载了该方法for循环每次都会通过连续的更高的偏移量来调用__getitem__方法。

其中in、列表推导、内置函数map、列表和元组赋值运算以及类型构造都会调用该方法。

class Indexer:
    data=[1,2,3,4,5]
    def __getitem__(self, item):
        if isinstance(item,int):
            print(‘indexing:‘,item)  #若传入为一个整数则返回其下标
        else:          #传统入切片对象返回切片列表和start、stop、step值
            print(‘slicing‘,item.start,item.stop,item.step)
            return self.data[item]

    def __setitem__(self, index, value):#为切片赋值
        self.data[index]=value
        print(self.data)

X=Indexer()  #实例化对象
print(X[0:2:1])
X[0]=10

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class StepperIndex:
    def __getitem__(self, i):
        return self.data[i]
X=StepperIndex()
X.data=‘spam‘
for i in X:
    print(i)
print(‘p‘ in X)#in关系测试
print([c for c in X])#列表推导
print(list(map(str.upper,X))) #map内置函数
(a,b,c,d)=X
list(X)
tuple(X)

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2.3__index__方法在使用时会返回一个整数值

class C:
    def __index__(self):
        return 255
X=C()
print(hex(X))
print(bin(X))
print(oct(X))

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2.4可迭代对象：__iter__和__next__

尽管__getitem__可以用做迭代，但在python中所有迭代会首先寻找__iter__方法。即若类中重载了__iter__就首先选择该类方法来实现迭代。从技术的角度，迭代上下文是通过将一个可迭代对象传入到内置函数iter中，并调用__iter__方法实现，该方法返回的是一个迭代器对象，python会重复调用__next__方法产生元素。同样该方法也可以进行成员关系in、类型构造、序列赋值运算等，与__getitem__不同的是一个类的__iter__被设计成单次遍历。

class Squares:
    def __init__(self,start,stop):
        self.value=start-1
        self.stop=stop

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.value==self.stop:
            raise StopIteration
        self.value+=1
        return self.value**2

if __name__==‘__main__‘:
    for i in Squares(1,5):
        print(i)
    X=Squares(1,3)
    I=iter(X)
    print(next(I))
    print(next(I))
    print(next(I))
    print([n for n in X]) #单次迭代，返回空[]

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当然，在定义类是也可以通过一些方法实现多次迭代，要想实现多次迭代效果，__iter__只需替换为一个新的状态对象，而不是像上例中返回self。

class SkipObject:
    def __init__(self,wrapped):
        self.wrapped=wrapped

    def __iter__(self):
        return SkipIterator(self.wrapped)

class SkipIterator:
    def __init__(self,wrapped):
        self.wrapped=wrapped
        self.offset=0

    def __next__(self):
        if self.offset>=len(self.wrapped):
            raise StopIteration
        else:
            item=self.wrapped[self.offset]
            self.offset+=2
            return item

if __name__==‘__main__‘:
    skipper=SkipObject(‘abcdef‘)
    I=iter(skipper)
    print(next(I),next(I),next(I))
    print([c for c in skipper])  #[‘a‘, ‘c‘, ‘e‘]支持多次迭代

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2.5成员关系：__contains__，__iter__，__getitem__。

在in测试，__contains__优先级最高，其次__iter__，最后__getitem__。

class Iters:
    def __init__(self,values):
        self.data=values

    def __getitem__(self, item):
        print(‘get[%s]:‘ %item,end=‘‘)
        return self.data[item]

    def __iter__(self):
        print(‘iter=>‘,end=‘‘)
        self.ix=0
        return self

    def __next__(self):
        print(‘next:‘,end=‘‘)
        if self.ix==len(self.data):raise StopIteration
        item=self.data[self.ix]
        self.ix+=1
        return item
    def __contains__(self, x):
        print(‘contains:‘,end=‘‘)
        return x in self.data

if __name__==‘__main__‘:
    X=Iters([1,2,3,4,5])
    print(3 in X)   #contains:True
    for i in X:     #iter=>next:1| next:2| next:3| next:4| next:5| next:
        print(i,end=‘| ‘)
    print(‘
‘)
    print([i**2 for i in X])  #iter=>next:next:next:next:next:next:[1, 4, 9, 16, 25]
    print(list(map(bin,X)))    #iter=>next:next:next:next:next:next:[‘0b1‘, ‘0b10‘, ‘0b11‘, ‘0b100‘, ‘0b101‘]
    I=iter(X)
    while True:
        try:
            print(next(I),end=‘@‘) #iter=>next:1@next:2@next:3@next:4@next:5@next:
        except StopIteration:
            break

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2.6属性访问__getattr__、__setattr__，

__getattr__方法用于属性访问。通俗来说就是对象的点访问操作。如：X.age。当对一个未定义的属性名访问（即没有在类中定义该属性）时，会调用该方法。

__setattr__会拦截默认的属性赋值方法，如果定义或继承了该方法self.attr=value会变成self.__setattr__(‘attr‘,value)。允许你的类捕获对属性的改变。但直接使用时要注意。在__setattr__中对任何self属性赋值，都会再次调用__setattr__，这潜在地导致了无穷递归循环。可以通过实例属性的赋值转换为对属性字典的赋值来避免无限循环。还可以通过调用把任意一个属性赋值传递给一个更高级的父类；object.__setattr__(self,attr,value)。

__delattr__将传入属性删除，和__setattr__属性一样，要通过__dict__或父类来避免无穷递归调用

class Empty:
    def __getattr__(self, attrname):
        if attrname==‘age‘:
            return 40
        else:
            raise AttributeError(attrname)

    def __setattr__(self, attr, value):
        if attr==‘name‘:
            object.__setattr__(self,attr,value)
            self.__dict__[attr]=value

        else:
            raise AttributeError(attr+‘ not allowed‘)

    def __delattr__(self, item):
        if  item==‘name‘:
            self.__dict__[item]=None
X=Empty()
print(X.age)

X.name=‘hello‘
print(X.name)

del X.name
print(X.name) #None

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2.7字符串显示：__repr__、__str__

简单理解，定制该两类对象可以改变默认print值。

__str__:会首先被打印操作和str内置函数尝试。通常应当返回一个用户友好的显示。

__repr__:用于所有场景，包括交互式命令行、repr函数、嵌套显示，以及没有重写__str__的打印和str调用。通常应该返回一个编码字符串，可以用来从新创造对象，或者给开发者一个详细显示。

两个方法都必须返回字符串。 其他类型不会被自动转化；

__str__用户友好显示只会应用在对象出现在打印操作时，内嵌在更大对象仍然使用__repr__或默认方式；

2.8右侧加法和原位置加法：__radd__、__iadd__

一般条件下，__add__方法不支持实例对象写在+运算符右侧。如下所示

class Adder:
    def __init__(self,value=0):
        self.value=value

    def __add__(self, other):
        return self.value+other

x=Adder(5)
print(x+2)
print(2+x) #TypeError: unsupported operand type(s) for +: ‘int‘ and ‘Adder‘

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__radd__:只有当+右侧是实例对象且左侧不是实例对象时，才会调用__radd__方法，在其他所有情况下都是调用__add__

class Commuter1:
    def __init__(self,val):
        self.val=val

    def __add__(self, other):
        print(‘add‘,self.val,other)
        return other+self.val

    def __radd__(self, other):
        print(‘radd‘,self.val,other)
        return other+self.val

x=Commuter1(88)
y=Commuter1(99)
# print(x+1)
print(1+x)
print(x+y)

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在__radd__中重用__add__：

为了在运算中没有位置限制，有时只需从用__add__来实现__radd__。简单来说，有三种实现方式，

直接调用__add__;

交换位置并再次使用加法来间接地触发__add__;

在类的作用域把__radd__=__add__。

class Communter2:
    def __init__(self,val):
        self.val=val

    def __add__(self, other):
        print(‘add‘,self.val,other)
        return self.val+other

    def __radd__(self, other):
        return self.__add__(other)

class Communter3:
    def __init__(self,val):
        self.val=val

    def __add__(self, other):
        print(‘add‘,self.val,other)
        return self.val+other
    def __radd__(self, other):
        return self+other

class Communter4:
    def __init__(self,val):
        self.val=val

    def __add__(self, other):
        print(‘add‘,self.val,other)
        return self.val+other
    __radd__=__add__

x=Communter2(2)
y=Communter3(2)
z=Communter4(2)
print(1+x,2+y,3+z)

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为了同时实现+=原位置加法扩展，可以编写一个__iadd__或__add__，如果前者缺省的话就会退而求其次使用后者。

2.9调用表达式：__call__

当调用实例时会使用__call__方法，

class Prod:
    def __init__(self,value):
        self.value=value

    def __call__(self, other):
        return self.value *other

x=Prod(2)
print(x(3))

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