一文帶你瞭解Python中的雙下方法
前言
大傢在寫 Python 代碼的時候有沒有這樣的疑問。
為什麼數學中的+號，在字符串運算中卻變成拼接功能，如'ab' + 'cd'結果為abcd；而*號變成瞭重復功能，如'ab' * 2結果為abab。
為什麼某些對象print能輸出數據，而print自定義的類對象卻輸出一堆看不懂的代碼<__main__.MyCls object at 0x105732250>。
不是因為系統做瞭特殊定制，而是 Python 中有一類特殊的方法，在某些特定的場合會自動調用。如，在字符串類str中定義瞭__add__方法後，當代碼遇到字符串相加'ab' + 'cd'時，就會自動調用__add__方法完成字符串拼接。
因為這類特殊方法的方法名都是以雙下劃線開始和結束，所以又被稱為雙下方法。
Python 中的雙下方法很多，今天我們對它做個詳解。
Python中的雙下方法
1. init方法
__init__的方法是很多人接觸的第一個雙下方法。
class A: def __init__(self, a): self.a = a
當調用A()實例化對象的時候，__init__方法會被自動調用，完成對象的初始化。
2. 運算符的雙下方法
在類中定義運算符相關的雙下方法，可以直接在類對象上做加減乘除、比較等操作。
這裡，定義一個尺子類Rule，它包含一個屬性r_len代表尺子的長度。
class Rule: def __init__(self, r_len): self.r_len = r_len
2.1 比較運算符
如果想按照尺子的長度對不同的尺子做比較，需要在Rule類中定義比較運算符。
class Rule: def __init__(self, r_len): self.r_len = r_len # < 運算符 def __lt__(self, other): return self.r_len < other.r_len # <= 運算符 def __le__(self, other): return self.r_len <= other.r_len # > 運算符 def __gt__(self, other): return self.r_len > other.r_len # >= 運算符 def __ge__(self, other): return self.r_len >= other.r_len
這裡定義瞭<、<=、>和>=四個比較運算符，這樣就可以用下面的代碼比較Rule對象瞭。
rule1 = Rule(10) rule2 = Rule(5) print(rule1 > rule2) # True print(rule1 >= rule2) # True print(rule1 < rule2) # False print(rule1 <= rule2) # False
當用>比較rule1和rule2的時候，rule1對象會自動調用__gt__方法，並將rule2對象傳給other參數，完成比較。
下面是比較運算符的雙下方法
比較運算符雙下方法
2.2 算術運算符
可以支持類對象加減乘除。
def __add__(self, other): return Rule(self.r_len + other.r_len)
這裡定義瞭__add__方法，對應的是+運算符，他會把兩個尺子的長度相加，並生成新的尺子。
rule1 = Rule(10) rule2 = Rule(5) rule3 = rule1 + rule2
下面是算術運算符的雙下方法
2.3 反向算術運算符
它支持其他類型的變量與Rule類相加。以__radd__方法為例
def __radd__(self, other): return self.r_len + other
rule1 = Rule(10) rule2 = 10 + rule1
程序執行10 + rule1時，會嘗試調用int類的__add__但int類類沒有定義與Rule類對象相加的方法，所以程序會調用+號右邊對象rule1的__radd__方法，並把10傳給other參數。
所以這種運算符又叫右加運算符。它所支持的運算符與上面的算術運算符一樣，方法名前加r即可。
2.4 增量賦值運算符
增量賦值運算符是+=、-=、*=、/=等。
def __iadd__(self, other): self.r_len += other return self
rule1 = Rule(10) rule1 += 5
除瞭__divmod__方法，其他的跟算數運算符一樣，方面名前都加i。
2.4 位運算符
這部分支持按二進制進行取反、移位和與或非等運算。由於Rule類不涉及位運算，所以我們換一個例子。
定義二進制字符串的類BinStr，包含bin_str屬性，表示二進制字符串。
class BinStr: def __init__(self, bin_str): self.bin_str = bin_str
x = BinStr('1010') #創建二進制字符串對象
print(x.bin_str) # 1010
給BinStr定義一個取反運算符~
# ~ 運算符 def __invert__(self): inverted_bin_str = ''.join(['1' if i == '0' else '0' for i in self.bin_str]) return BinStr(inverted_bin_str)
__invert__方法中，遍歷bin_str字符串，將每位取反，並返回一個新的BinStr類對象。
x = BinStr('1011')
invert_x = ~x
print(invert_x.bin_str) # 0100
下面是位運算符的雙下方法
這部分也支持反向位運算符和增量賦值位運算符，規則跟算數運算符一樣，這裡就不再贅述。
3.字符串表示
這部分涉及兩個雙下方法__repr__和__format__，在某些特殊場景，如print，會自動調用，將對象轉成字符串。
還是以BinStr為例，先寫__repr__方法。
def __repr__(self):
decimal = int('0b'+self.bin_str, 2)
return f'二進制字符串：{self.bin_str}，對應的十進制數字：{decimal}'
x = BinStr('1011')
print(x)
# 輸出：二進制字符串：1011，對應的十進制數字：11
當程序執行print(x)時，會自動調用__repr__方法，獲取對象x對應的字符串。
再寫__format__方法，它也是將對象格式化為字符串。
def __format__(self, format_spec): return format_spec % self.bin_str
print('{0:二進制字符串：%s}'.format(x))
# 輸出：二進制字符串：1011
當.format方法的前面字符串裡包含0:時，就會自動調用__format__方法，並將字符串傳給format_spec參數。
4.數值轉換
調用int(obj)、float(obj)等方法，可以將對象轉成相對應數據類型的數據。
def __int__(self):
return int('0b'+self.bin_str, 2)
x = BinStr('1011')
print(int(x))
當調用int(x)時，會自動調用__int__方法，將二進制字符串轉成十進制數字。
數值轉換除瞭上面的兩個外，還有__abs__、__bool__、__complex__、__hash__、__index__和__str__。
__str__和__repr__一樣，在print時都會被自動調用，但__str__優先級更高。
5.集合相關的雙下方法
這部分可以像集合那樣，定義對象長度、獲取某個位置元素、切片等方法。
以__len__和__getitem__為例
def __len__(self): return len(self.bin_str) def __getitem__(self, item): return self.bin_str[item]
x = BinStr('1011')
print(len(x)) # 4
print(x[0]) # 1
print(x[0:3]) # 101
len(x)會自動調用__len__返回對象的長度。
通過[]方式獲取對象的元素時，會自動調用__getitem__方法，並將切片對象傳給item參數，即可以獲取單個元素，還可以獲取切片。
集合相關的雙下方法還包括__setitem__、__delitem__和__contains__。
6.迭代相關的雙下方法
可以在對象上使用for-in遍歷。
def __iter__(self): self.cur_i = -1 return self def __next__(self): self.cur_i += 1 if self.cur_i >= len(self.bin_str): raise StopIteration() # 退出迭代 return self.bin_str[self.cur_i]
x = BinStr('1011')
for i in x:
print(i)
當在x上使用for-in循環時，會先調用__iter__方法將遊標cur_i置為初始值-1，然後不斷調用__next__方法遍歷self.bin_str中的每一位。
這部分還有一個__reversed__方法用來反轉對象。
def __reversed__(self):
return BinStr(''.join(list(reversed(self.bin_str))))
x = BinStr('1011')
reversed_x = reversed(x)
print(reversed_x)
# 輸出：二進制字符串：1101，對應的十進制數字：13
7.類相關的雙下方法
做 web 開發的朋友，用類相關的雙下方法會更多一些。
7.1 實例的創建和銷毀
實例的創建是__new__和__init__方法，實例的銷毀是__del__方法。
__new__的調用早於__init__，它的作用是創建對象的實例（內存開辟一段空間），而後才將該實例傳給__init__方法，完成實例的初始化。
由於__new__是類靜態方法，因此它可以控制對象的創建，從而實現單例模式。
__del__方法在實例銷毀時，被自動調用，可以用來做一些清理工作和資源釋放的工作。
7.2 屬性管理
類屬性的訪問和設置。包括__getattr__、__getattribute__、__setattr__和__delattr__方法。
__getattr__和__getattribute__的區別是，當訪問類屬性時，無論屬性存不存在都會調用__getattribute__方法，隻有當屬性不存在時才會調用__getattr__方法。
7.3 屬性描述符
控制屬性的訪問，一般用於把屬性的取值控制在合理范圍內。包括__get__、__set__和__delete__方法。
class XValidation:
def __get__(self, instance, owner):
return self.x
def __set__(self, instance, value):
if 0 <= value <= 100:
self.x = value
else:
raise Exception('x不能小於0，不能大於100')
def __delete__(self, instance):
print('刪除屬性')
class MyCls:
x = XValidation()
def __init__(self, n):
self.x = n
obj = MyCls(10)
obj.x = 101
print(obj.x) # 拋異常：Exception: x不能小於0，不能大於100
上述例子，通過類屬性描述符，可以將屬性x的取值控制在[0, 100]之前，防止不合法的取值。
8.總結
雖然上面介紹的不是所有的雙下方法，但也算是絕大多數瞭。
雖然雙下方法裡可以編寫任意代碼，但大傢盡量編寫與方法要求一樣的代碼。如，在__add__方法實現的不是對象相加而是相減，雖然也能運行，但這樣會造成很大困惑，不利於代碼維護。
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