聊聊Python中常见魔法方法

2023-02-28

方法容器 self

什么是魔法方法？魔法方法(MagicMethods)是Python中的内置函数，一般以双下划线开头和结尾，例如__init__、__del__等。之所以称之为魔法方法，是因为这些方法会在进行特定的操作时会自动被调用。在Python中，可以通过dir()方法来查看某个对象的所有方法和属性，其中双下划

什么是魔法方法？

魔法方法(Magic Methods)是Python中的内置函数，一般以双下划线开头和结尾，例如__init__、__del__等。之所以称之为魔法方法，是因为这些方法会在进行特定的操作时会自动被调用。

在Python中，可以通过dir()方法来查看某个对象的所有方法和属性，其中双下划线开头和结尾的就是该对象的魔法方法。以字符串对象为例：

>>> dir("hello")
['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__',
'__getitem__', '__getnewargs__', '__getslice__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mo
d__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__',
'__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '_formatter_field_name_split', '_formatter_parser', 'capitalize', 'center',
'count', 'decode', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isdigit', 'isl
ower', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'partition', 'replace', 'rfind', 'rindex', '
rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate'
, 'upper', 'zfill']1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

可以看到字符串对象有__add__方法，所以在Python中可以直接对字符串对象使用"+"操作，当Python识别到"+"操作时，就会调用该对象的__add__方法。有需要时我们可以在自己的类中重写__add__方法来完成自己想要的效果。

class A(object):
  def __init__(self, str):
      self.str = str


•   def __add__(self, other):
•       print ('overwrite add method')
•       return self.str + "---" + other.str


>>>a1 = A("hello")
>>>a2 = A("world")
>>>print (a1 + a2)
>>>overwrite add method
>>>"hello---world"1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.

我们重写了__add__方法，当Python识别"+"操作时，会自动调用重写后的__add__方法。可以看到，魔法方法在类或对象的某些事件出发后会自动执行，如果希望根据自己的程序定制特殊功能的类，那么就需要对这些方法进行重写。使用魔法方法，我们可以非常方便地给类添加特殊的功能。

常用的魔法方法

1.构造与初始化

__new__、__init__ 这两个魔法方法常用于对类的初始化操作。上面我们创建a1 = A("hello")时，但首先调用的是__new__;初始化一个类分为两步:

a.调用该类的new方法，返回该类的实例对象
b.调用该类的init方法，对实例对象进行初始化

__new__(cls, *args, **kwargs)至少需要一个cls参数，代表传入的类。后面两个参数传递给__init__。在__new__可以决定是否继续调用__init__方法，只有当__new__返回了当前类cls的实例，才会接着调用__init__。结合__new__方法的特性，我们可以通过重写__new__方法实现Python的单例模式：

class Singleton(object):
  def __init__(self):
      print("__init__")

•   def __new__(cls, *args, **kwargs):
•       print("__new__")
•       if not hasattr(Singleton, "_instance"):
•           print("创建新实例")
•           Singleton._instance = object.__new__(cls)
•       return Singleton._instance

>>> obj1 = Singleton()
>>> __new__
>>> 创建新实例
>>> __init__
>>> obj2 = Singleton()
>>> __new__
>>> __init__
>>> print(obj1, obj2)
>>> (<__main__.Singleton object at 0x0000000003599748>, <__main__.Singleton object at 0x0000000003599748>)1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.

可以看到虽然创建了两个对象，但两个对象的地址相同。

2.控制属性访问这类魔法

方法主要对对象的属性进行访问、定义、修改时起作用。主要有：

__getattr__(self, name): 定义当用户试图获取一个属性时的行为。
__getattribute__(self, name)：定义当该类的属性被访问时的行为（先调用该方法，查看是否存在该属性，若不存在，接着去调用getattr）。
__setattr__(self, name, value)：定义当一个属性被设置时的行为。

当初始化属性时如self.a=a时或修改实例属性如ins.a=1时本质时调用魔法方法self.__setattr__(name,values)；当实例访问某个属性如ins.a本质是调用魔法方法a.__getattr__(name)

3.容器类操作

有一些方法可以让我们自己定义自己的容器，就像Python内置的List,Tuple,Dict等等；容器分为可变容器和不可变容器。

如果自定义一个不可变容器的话，只能定义__len__和__getitem__；定义一个可变容器除了不可变容器的所有魔法方法，还需要定义__setitem__和__delitem__；如果容器可迭代。还需要定义__iter__。

__len__(self):返回容器的长度
__getitem__(self,key):当需要执行self[key]的方式去调用容器中的对象，调用的是该方法 __setitem__(self,key,value):当需要执行self[key] = value时，调用的是该方法
__iter__(self):当容器可以执行 for x in container:，或者使用iter(container)时，需要定义该方法

下面举一个例子，实现一个容器，该容器有List的一般功能，同时增加一些其它功能如访问第一个元素，最后一个元素,记录每个元素被访问的次数等。

class SpecialList(object):
    def __init__(self, values=None):
        self._index = 0
        if values is None:
            self.values = []
        else:
            self.values = values
        self.count = {}.fromkeys(range(len(self.values)), 0)

    def __len__(self):  # 通过len(obj)访问容器长度
        return len(self.values)

    def __getitem__(self, key):  # 通过obj[key]访问容器内的对象
        self.count[key] += 1
        return self.values[key]

    def __setitem__(self, key, value):  # 通过obj[key]=value去修改容器内的对象
        self.values[key] = value

    def __iter__(self):  # 通过for 循环来遍历容器
        return iter(self.values)

    def __next__(self):
        # 迭代的具体细节
        # 如果__iter__返回时self 则必须实现此方法
        if self._index >= len(self.values):
            raise StopIteration()
        value = self.values[self._index]
        self._index += 1
        return value

    def append(self, value):
        self.values.append(value)

    def head(self):
        # 获取第一个元素
        return self.values[0]
    
    def last(self):
        # 获取最后一个元素
        return self.values[-1]1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.