Python学习笔记之面向对象编程(三)Python类的魔术方法

python类中有一些方法前后都有两个下划线，这类函数统称为魔术方法。这些方法有特殊的用途，有的不需要我们自己定义，有的则通过一些简单的定义可以实现比较神奇的功能

我主要把它们分为三个部分，下文也是分为这三个部分来讲解的

• 简单，功能性，一般不修改直接调用查看结果
• 实现简单功能，定义后使用
• 实现比较复杂功能，常常是一些我们常见类的特性的实现原理，具体分为
• 实例成为可迭代对象（列表的特性）
• 实例索引取值（列表的特性）
• 上下文管理（文件的特性）等

简单功能

这部分包括上面列出的前两个点

不需要修改直接调用的，主要有如下几个

• __dict__ 类和实例都可以调用这个方法
• 类调用返回这个类中已经定义了的属性和方法，包括特殊方法
• 实例调用返回属性的字典
• __module__ 类和实例都可以调用，类所在的模块，比如aa文件夹下的bb.py文件中则返回 aa.bb
• __class__ 只有实例可以调用，表明实例属于哪个类，内容包括了__module__的信息
• dir()函数 作用于类和实例上，返回它所有的属性和方法，实际上相当于调用了__dir__()函数

一般进行简单定义之后使用的方法

• __doc__ 返回定义类时标注的字符串，标注位置必须在定义的方法属性之前，默认是None
• __slots__ = ('name', 'age') 加一句这个可以只允许定义这两个属性，无法在实例中添加，这条命令只对当前类起作用，对子类无效
• __init__ 用于定义实例属性
• __call__ 输入 实例() 或者 类()() 触发，只有定义了这个，实例才可以像函数一样后面加括号
• __str__ print实例时打印出来的内容，不定义可以调用，重新定义后则可以定制打印内容
• __repr__ 直接输出实例名打印出来的内容，不定义可以调用，重新定义后则可以定制打印内容
• __new__ 创建实例时自动调用 __del__ 对象在内存中被释放时触发(后面不设置例子）
• __len__ 定义 len(实例) 返回的内容，比如字符串类就定义的是字符串的字符个数，当然也可以改成其他的
• __eq__ 改变==运算符的行为，定义实例使用==number时，是拿实例的什么与number相比
• 和eq类似的还有ne lt le gt ge
• 还有一些用于实例之间数值计算的 __add__ __abs__等方法，定义方式和__eq__差不多，这些应用的典型类就是数值类，定义这些其实定义了某些运算符的行为，比如__iadd__定义了+=的行为一样。除此之外还有转化为整数、浮点，
• __getattr__ 当实例访问的属性未被定义时，原来会报错，定义了这个之后就会按照这里定义的来输出. setattr 则可以设置属性 delattr则删除属性

下面是上面方法的使用展示

class Special:
    '''描述类的信息，__doc__返回放在这里的字符串结果'''
    
    __slots__ = ('name', 'age','__weight') # 限制属性的取值
    
    def __init__(self, name, age, weight):
        self.name = name
        self.age = age
        self.__weight = weight
    
    def __call__(self, content): # 定义 实例() 会返回什么结果
        print(content)
        
    def __str__(self): # 定义打印实例会返回什么结果
        return 'Special object (name:%s)' % self.name
    
    __repr__ = __str__  # 这样简单赋值即可
    
    def __len__(self): # 定义len函数返回的结果
        return len(self.name)
    
    def __eq__(self, num): # 实例和数字比
        return len(self.name) == num
    
    def __gt__(self, other): # 这样可以实现实例和实例比
        return len(self.name) >= len(other)
    
    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='score':
            return "You can't see the score"

创建实例

s = Special("Bob", 5, 4)
# s.hobby = "running" # 报错，因为__slots__限制了属性取值
s.__doc__ # 返回类定义时下方写的字符串描述内容
# '描述类的信息，__doc__返回放在这里的字符串结果'
s("__call__ is used") # 调用了__call__
# __call__ is used
print(s) # 调用__str__
# Special object (name:Bob)
s # 调用__repr__
# Special object (name:Bob)
len(s) # 调用了__len__
# 3
s==3 # 调用了__eq__
# True
Special("Mary", 4,5) > Special("Bob",5,4) # 调用__gt__
# True
s.score # 无score参数，调用__getattr__
# "You can't see the score"

s.__dict__ # 要把__slots__注释掉才能看见属性的字典
# {'_Special__weight': 4, 'age': 5, 'name': 'Bob'}
s.__module__ # 查看所属模块
# '__main__'
s.__class__ # 查看所属类
# __main__.Special
dir(s) # 返回实例的所有属性和方法，调用了__dir__()方法

可迭代对象

使实例成为可迭代对象（可以被for循环的）

• 实现 __iter__ __next__ 方法
• 如果只实现__iter__则这个方法的返回值必须是一个迭代器
• 也可以__iter__返回一个self,再定义__next__方法，接受self为参数，在里面具体实现如何取得下一个值以及迭代器何时结束
• 原理是当对实例调用for循环时，相当于每次对__iter__的返回结果作用一次next()函数，所以要想迭代必须定义__iter__方法。第一种就是next每次正常调用__iter__返回的值，这就要求它的返回值是一个迭代器；第二种则是把next函数改掉，使其功能不再是找到下一个，而是定制我们想要的一些操作

第一种

class Ite1:
    
    def __init__(self, a):
        self.a = a
        
    def __iter__(self):
        return iter(range(2*self.a)) # iter函数将一个可迭代对象变成迭代器
     
i1 = Ite1(3)
for i in i1:
    print(i) # 0到 5

第二种

class Ite2:
    
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b
        
    def __iter__(self):
        return self
    
    def __next__(self):
        self.a += 1
        if self.a > self.b+1: # 条件成立则迭代器结束
            raise StopIteration()
        return self.a-1
    
for i in Ite2(2,5):
    print(i) # 返回2-5

索引取值

这里实现使用中括号索引取值，或者像字典一样操作

• 实现 __getitem__方法
• 这个方法的参数除了self，还可以指定一个index，之后return一个和index相关的结果，其实相当于把实例定义成了一个函数，但是是用中括号调用的
• 结合 __setitem__ __delitem__ 即可让实例像字典一样操作

只定义__getitem__

class Index1:
    
    def __getitem__(self, index):
        return 2*index # 如果定义和__next__中内容类似则实现既可以循环又可以[]取值了
    
i = Index1()
i[2] # 4

全部定义

class Index2:
    
    def __init__(self,**kw):
        self.dict = kw 
            
    def __getitem__(self, key):
        return self.dict[key]
    
    def __setitem__(self, key, value):
        self.dict[key] = value
        
    def __delitem__(self, key):
        del self.dict[key]
        
i = Index2(name="Bob")
i['name'] # 'Bob'
i['age'] = 13
i['age'] # 13
del i['age']
# i['age'] #报错，删掉就没有这个属性了

上下文管理

实现上下文管理，即可以和with结合使用

• 要实现 __enter__ __exit__ 两个方法
• __enter__会返回一个值，并赋值给as关键词之后的变量
• __exit__ 定义了处理结束后要做的事情，比如文件的关闭，socket的断开等
• 更深入地使用：__exit__中可以处理异常。
• 在上下文管理中运行的代码如果报错，会将三个值自动传入__exit__方法中，分别为 异常的类型，异常的值，异常的追踪栈
• 通过定义__exit__的返回值可以进行不同的处理，共有两种返回形式，返回True则这个异常忽略，返回None则正常抛出异常

简单实现上下文管理

class Manager:
    
    def __init__(self, text):
        self.text = text
    
    def __enter__(self):
        self.text = "It has started " + self.text
        return self # 还是让这个类的实例进行下面的处理
        
    def __exit__(self, ex_type, ex_value, ex_tb):
        self.text = "It is over"
        
        
with Manager("machine") as m:
    print(m.text)
    
print(m.text) # as定义的m仍然可以调用
# It has started machine
# It is over
# 发现最后执行了__exit__ 把这个属性改变了

异常处理

class DemoManager:

    def __enter__(self):
        pass

    def __exit__(self, ex_type, ex_value, ex_tb):
        if ex_type is IndexError:
            print(ex_value.__class__)
            return True
        if ex_type is TypeError:
            print(ex_value.__class__)
            return  # return None

# 下面故意制造两种错误
with DemoManager() as nothing:
    data = [1, 2, 3]
    data[4]  # raise IndexError, 该异常被__exit__处理了

with DemoManager() as nothing:
    data = [1, 2, 3]
    data['a']  # raise TypeError, 该异常没有被__exit__处理

参考