Python运算符重载详解及实例代码

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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