Python筆記001-類的特殊方法
以下是我學習《流暢的Python》后的個人筆記，現在拿出來和大家共享，希望能幫到各位Python學習者。
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本篇主要知識點：
-
類的特殊方法（一般都在前后帶有兩個下劃線，比如__len__和__getitem__），其存在的目的是被Python解釋器調用，而不是類的對象來調用。
-
對于自定義的類，一般無法體現出Python語言的核心特性，比如迭代和切片等，但是可以通過在自定義類中復寫__len__和__getitem__等特殊方法來實現這些核心功能。對象調用len()方法時實際上Python解釋器調用的是自定義類中的__len__，而對某個對象進行切片獲取元素，或者排序時，Python解釋器調用的是復寫的__getitem__。
-
在自定義類中復寫__getitem__至少可以獲得1.類對象的切片和獲取元素，2.對類對象進行迭代，可以是順序迭代也可以是逆序迭代，3.對類對象進行重新排序，4.對類對象進行隨機抽樣等多種功能。
-
類的特殊方法有多達100種，作為示例，此處僅僅總結了加減乘除等的復寫方法，并將所有特殊方法都整理成相關表格，便于后續(xù)復寫某些特殊方法時作為參考。
1. 特殊方法示例
這些特殊方法長得比較奇怪，那是因為它提醒用戶，不要輕易調用這些方法，因為它基本上是Python解釋器專用。
比如下面先建立一整副紙牌，它包含有一個屬性_cards，這個一個list，包含有52個Card對象。在復寫了__len__和__getitem__方法之后，就可以直接獲取到這個_cards屬性的總長度和對其進行排序，切片來獲取某幾張紙牌。
from
collections
import
namedtuple
Card
=
namedtuple
(
'Card'
,
[
'rank'
,
'suit'
]
)
# 單張紙牌類
class
FrenchDeck
:
# 一副紙牌，包含4種花色，每種13種數字
ranks
=
[
str
(
n
)
for
n
in
range
(
2
,
11
)
]
+
list
(
'JQKA'
)
# 13種數字
suits
=
'spades diamonds clubs hearts'
.
split
(
)
# 四種不同花色：黑桃，方塊，梅花，紅桃
def
__init__
(
self
)
:
self
.
_cards
=
[
Card
(
rank
,
suit
)
for
suit
in
self
.
suits
for
rank
in
self
.
ranks
]
# _cards屬性是所有紙牌的集合，一個list, 包含4種花色共52張牌
def
__len__
(
self
)
:
# 類FrechDeck的特殊方法：會計算所有紙牌的張數，即52
return
len
(
self
.
_cards
)
def
__getitem__
(
self
,
position
)
:
# 類FrechDeck的特殊方法：從52張牌獲取第position張牌
return
self
.
_cards
[
position
]
構建一副紙牌后，我們想知道里面有多少張牌，或者想知道第1張，第10張，最后一張紙牌分別是什么：
## 通過len()獲取deck中一共有多少張牌
deck
=
FrenchDeck
(
)
print
(
len
(
deck
)
)
# 52
## 通過切片方法獲取某個位置的牌
print
(
deck
[
0
]
)
# Card(rank='2', suit='spades')
print
(
deck
[
10
]
)
# Card(rank='Q', suit='spades')
print
(
deck
[
-
1
]
)
# Card(rank='A', suit='hearts')
如果沒有復寫__len__函數，在
len(deck)
時會報錯：
TypeError: object of type 'FrenchDeck' has no len()
.
同理，如果沒有復寫__getitem__方法，在
deck[0]
時報錯：
TypeError: 'FrenchDeck' object does not support indexing
可以對deck進行索引來獲取某一個位置的紙牌，那么也就可以通過切片來獲取一個批次，符合一定條件的紙牌，比如下面獲取最后三張牌和牌面全是A的牌。
print
(
deck
[
-
3
:
]
)
# 獲取最后三張牌
print
(
deck
[
12
:
:
13
]
)
# 獲取全是A的牌，間隔型切片
同理，復寫了__getitem__方法后，就可以對deck對象進行迭代，不管是順序迭代還是逆序迭代都可以。
# 順序迭代
for card in deck[:10]: # 只打印最前面的10張牌
print(card)
# 逆序迭代
for card in reversed(deck[-10:]): # 只打印最后面的10張牌
print(card)
還可以判斷某張牌是否存在于該副牌內：
## 判斷某張牌是否存在于該副牌內：
print
(
Card
(
'Q'
,
'hearts'
)
in
deck
)
# True
print
(
Card
(
'Z'
,
'clubs'
)
in
deck
)
# False
有了__getitem__方法，就可以對所有紙牌進行排序操作，此處我們排序的規(guī)定是：梅花2最小，方塊2次之，紅桃2，黑桃2，梅花3.。。這種形式，所以要自定義一個排序方法，這個方法返回一個整數，代表每張牌的大小，那么最小的梅花2就是0，最大的黑桃A就是51。
## 使用自定義方法對所有紙牌進行重新排序
suit_values
=
dict
(
spades
=
3
,
hearts
=
2
,
diamonds
=
1
,
clubs
=
0
)
# 將花色轉換為數值
def
spades_high
(
card
)
:
rank_value
=
FrenchDeck
.
ranks
.
index
(
card
.
rank
)
# 獲取某張牌的數字
return
rank_value
*
len
(
suit_values
)
+
suit_values
[
card
.
suit
]
# 將某張牌的數字和花色換成整數返回
for
card
in
sorted
(
deck
,
key
=
spades_high
)
:
# 按照自定義方法spades_high得到的整數進行排序
print
(
card
)
小結一下：自定義類通過復寫__getitem__方法，可以獲得多種原來不存在的功能：比如切片功能，索引功能，還可以判斷某個對象是否存在于類對象列表中，還可以對類對象進行迭代操作和排序操作。
2. 特殊方法的使用
對于自定義的類型，使用這些特殊方法可以使得他們的表現具有某些Python核心功能，在你對這些自定義類型進行操作時，比如
len(deck)
時，Python解釋器會去找deck類的__len__方法。
而Python內置的類型，比如list, str, tuple等，Python解釋器則直接抄近路，會直接返回PyVarObject里的Ob_size屬性，這是一個長度可變的C語言結構體，所以速度要比調用__len__方法快得多。
你自己對這些特殊方法的使用頻率會很低，因為都是Python解釋器自動調用，只有類定義時的__init__方法例外。
2.1 自定義加減乘除功能
class
Person
:
def
__init__
(
self
,
name
,
age
,
score
)
:
self
.
name
=
name
self
.
age
=
age
self
.
score
=
score
def
__add__
(
self
,
other
)
:
# 此處僅僅是將得分相加
return
self
.
score
+
other
.
score
def
__sub__
(
self
,
other
)
:
# 此處將得分相減
return
self
.
score
-
other
.
score
def
__mul__
(
self
,
other
)
:
# 此處將兩個的年齡相乘
return
self
.
age
*
other
.
age
def
__truediv__
(
self
,
other
)
:
# 將兩個的得分相除
return
self
.
score
/
other
.
score
這個自定義類Person復寫了加減乘除方法，根據需要對里面的屬性進行算術操作，那么就可以用符號
+,-,*,/
等進行操作，比如:
P1
=
Person
(
'Jack'
,
20
,
90
)
P2
=
Person
(
'Rose'
,
18
,
60
)
print
(
P1
+
P2
)
# 150
print
(
P1
-
P2
)
# 30
print
(
P1
*
P2
)
# 360
print
(
P1
/
P2
)
# 1.5
2.2 自定義print后的形式
還有一個非常常用的特殊函數：
__repr__
，它決定了print被直接調用后結果表現形式。
class
Person
:
def
__init__
(
self
,
name
,
age
,
score
)
:
self
.
name
=
name
self
.
age
=
age
self
.
score
=
score
def
__repr__
(
self
)
:
return
'Person(name={},age={},score={})'
.
format
(
self
.
name
,
self
.
age
,
self
.
score
)
P1
=
Person
(
'Jack'
,
20
,
90
)
print
(
P1
)
# Person(name=Jack,age=20,score=90)
如果沒有復寫
__repr__
，在用
print(P1)
時，會得到內存地址信息，人眼無法判斷出具體內容，復寫之后，就可以按照我們想要的形式直接print。
3. 特殊方法匯總
Python內置的特殊方法有將近一百種，其中有很多是實現算數運算，位運算和比較操作的，下面將這些方法的意義總結如下：
下面的整理于：CSDN: Python中特殊方法的分類與總結
所以，如果自定義類想實現某方面的功能，可以參考上面的表格來逐一實現即可。
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參考資料：
-
《流暢的Python》，Luciano Ramalho (作者) 安道 , 吳珂 (譯者)。
-
CSDN：Python中特殊方法的分類與總結
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