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python基础——定制类

Python基础 定制
2023-09-11 14:15:22 时间

 

python基础——定制类

　　

　　看到类似__slots__这种形如__xxx__的变量或者函数名就要注意，这些在Python中是有特殊用途的。

　　__slots__我们已经知道怎么用了，__len__()方法我们也知道是为了能让class作用于len()函数。

　　除此之外，Python的class中还有许多这样有特殊用途的函数，可以帮助我们定制类。

 

__str__

　　我们先定义一个Student类，打印一个实例：

>>> class Student(object):
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...
>>> print(Student('Michael'))
<__main__.Student object at 0x109afb190>

　　打印出一堆<__main__.Student object at 0x109afb190>，不好看。

　　怎么才能打印得好看呢？只需要定义好__str__()方法，返回一个好看的字符串就可以了：

>>> class Student(object):
...     def __init__(self, name):
...         self.name = name
...     def __str__(self):
...         return 'Student object (name: %s)' % self.name
...
>>> print(Student('Michael'))
Student object (name: Michael)

　　这样打印出来的实例，不但好看，而且容易看出实例内部重要的数据。

　　但是细心的朋友会发现直接敲变量不用print，打印出来的实例还是不好看：

>>> s = Student('Michael')
>>> s
<__main__.Student object at 0x109afb310>

　　

　　这是因为直接显示变量调用的不是__str__()，而是__repr__()，两者的区别是__str__()返回用户看到的字符串，而__repr__()返回程序开发者看到的字符串，也就是说，__repr__()是为调试服务的。

　　解决办法是再定义一个__repr__()。但是通常__str__()和__repr__()代码都是一样的，所以，有个偷懒的写法：

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
    def __str__(self):
        return 'Student object (name=%s)' % self.name
    __repr__ = __str__

　　

__iter__

　　如果一个类想被用于for ... in循环，类似list或tuple那样，就必须实现一个__iter__()方法，该方法返回一个迭代对象，然后，Python的for循环就会不断调用该迭代对象的__next__()方法拿到循环的下一个值，直到遇到StopIteration错误时退出循环。

　　我们以斐波那契数列为例，写一个Fib类，可以作用于for循环：

class Fib(object):
    def __init__(self):
        self.a, self.b = 0, 1 # 初始化两个计数器a，b

    def __iter__(self):
        return self # 实例本身就是迭代对象，故返回自己

    def __next__(self):
        self.a, self.b = self.b, self.a + self.b # 计算下一个值
        if self.a > 100000: # 退出循环的条件
            raise StopIteration();
        return self.a # 返回下一个值

　　现在，试试把Fib实例作用于for循环：

>>> for n in Fib():
...     print(n)
...
1
1
2
3
5
...
46368
75025

　　

__getitem__

　　Fib实例虽然能作用于for循环，看起来和list有点像，但是，把它当成list来使用还是不行，比如，取第5个元素：

>>> Fib()[5]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'Fib' object does not support indexing

　　要表现得像list那样按照下标取出元素，需要实现__getitem__()方法：

class Fib(object):
    def __getitem__(self, n):
        a, b = 1, 1
        for x in range(n):
            a, b = b, a + b
        return a

　　现在，就可以按下标访问数列的任意一项了：

>>> f = Fib()
>>> f[0]
1
>>> f[1]
1
>>> f[2]
2
>>> f[3]
3
>>> f[10]
89
>>> f[100]
573147844013817084101

　　但是list有个神奇的切片方法：

>>> list(range(100))[5:10]
[5, 6, 7, 8, 9]

　　对于Fib却报错。原因是__getitem__()传入的参数可能是一个int，也可能是一个切片对象slice，所以要做判断：

class Fib(object):
    def __getitem__(self, n):
        if isinstance(n, int): # n是索引
            a, b = 1, 1
            for x in range(n):
                a, b = b, a + b
            return a
        if isinstance(n, slice): # n是切片
            start = n.start
            stop = n.stop
            if start is None:
                start = 0
            a, b = 1, 1
            L = []
            for x in range(stop):
                if x >= start:
                    L.append(a)
                a, b = b, a + b
            return L

　　现在试试Fib的切片：

>>> f = Fib()
>>> f[0:5]
[1, 1, 2, 3, 5]
>>> f[:10]
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]

　　但是没有对step参数作处理：

>>> f[:10:2]
[1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89]

　　也没有对负数作处理，所以，要正确实现一个__getitem__()还是有很多工作要做的。

　　此外，如果把对象看成dict，__getitem__()的参数也可能是一个可以作key的object，例如str。

　　与之对应的是__setitem__()方法，把对象视作list或dict来对集合赋值。最后，还有一个__delitem__()方法，用于删除某个元素。

　　总之，通过上面的方法，我们自己定义的类表现得和Python自带的list、tuple、dict没什么区别，这完全归功于动态语言的“鸭子类型”，不需要强制继承某个接口。

__getattr__

　　正常情况下，当我们调用类的方法或属性时，如果不存在，就会报错。比如定义Student类：

class Student(object):

    def __init__(self):
        self.name = 'Michael'

　　调用name属性，没问题，但是，调用不存在的score属性，就有问题了：

>>> s = Student()
>>> print(s.name)
Michael
>>> print(s.score)
Traceback (most recent call last):
  ...
AttributeError: 'Student' object has no attribute 'score'

　　

　　错误信息很清楚地告诉我们，没有找到score这个attribute。

　　要避免这个错误，除了可以加上一个score属性外，Python还有另一个机制，那就是写一个__getattr__()方法，动态返回一个属性。修改如下：

class Student(object):

    def __init__(self):
        self.name = 'Michael'

    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='score':
            return 99

　　当调用不存在的属性时，比如score，Python解释器会试图调用__getattr__(self, 'score')来尝试获得属性，这样，我们就有机会返回score的值：

>>> s = Student()
>>> s.name
'Michael'
>>> s.score
99

　　返回函数也是完全可以的：

class Student(object):

    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='age':
            return lambda: 25

　　只是调用方式要变为：

>>> s.age()
25

　　注意，只有在没有找到属性的情况下，才调用__getattr__，已有的属性，比如name，不会在__getattr__中查找。

　　此外，注意到任意调用如s.abc都会返回None，这是因为我们定义的__getattr__默认返回就是None。要让class只响应特定的几个属性，我们就要按照约定，抛出AttributeError的错误：

class Student(object):

    def __getattr__(self, attr):
        if attr=='age':
            return lambda: 25
        raise AttributeError('\'Student\' object has no attribute \'%s\'' % attr)

　　这实际上可以把一个类的所有属性和方法调用全部动态化处理了，不需要任何特殊手段。

　　这种完全动态调用的特性有什么实际作用呢？作用就是，可以针对完全动态的情况作调用。

举个例子：

　　现在很多网站都搞REST API，比如新浪微博、豆瓣啥的，调用API的URL类似：

　　如果要写SDK，给每个URL对应的API都写一个方法，那得累死，而且，API一旦改动，SDK也要改。

　　利用完全动态的__getattr__，我们可以写出一个链式调用：

class Chain(object):

    def __init__(self, path=''):
        self._path = path

    def __getattr__(self, path):
        return Chain('%s/%s' % (self._path, path))

    def __str__(self):
        return self._path

    __repr__ = __str__

　　试试：

>>> Chain().status.user.timeline.list
'/status/user/timeline/list'

　　这样，无论API怎么变，SDK都可以根据URL实现完全动态的调用，而且，不随API的增加而改变！

　　还有些REST API会把参数放到URL中，比如GitHub的API：

GET /users/:user/repos

　　调用时，需要把:user替换为实际用户名。如果我们能写出这样的链式调用：

Chain().users('michael').repos

　　就可以非常方便地调用API了。有兴趣的童鞋可以试试写出来。

 

__call__

　　一个对象实例可以有自己的属性和方法，当我们调用实例方法时，我们用instance.method()来调用。能不能直接在实例本身上调用呢？在Python中，答案是肯定的。

　　任何类，只需要定义一个__call__()方法，就可以直接对实例进行调用。请看示例：

class Student(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def __call__(self):
        print('My name is %s.' % self.name)

　　调用方式如下：

>>> s = Student('Michael')
>>> s() # self参数不要传入
My name is Michael.

　　

　　__call__()还可以定义参数。对实例进行直接调用就好比对一个函数进行调用一样，所以你完全可以把对象看成函数，把函数看成对象，因为这两者之间本来就没啥根本的区别。

　　如果你把对象看成函数，那么函数本身其实也可以在运行期动态创建出来，因为类的实例都是运行期创建出来的，这么一来，我们就模糊了对象和函数的界限。

　　那么，怎么判断一个变量是对象还是函数呢？其实，更多的时候，我们需要判断一个对象是否能被调用，能被调用的对象就是一个Callable对象，比如函数和我们上面定义的带有__call__()的类实例：

>>> callable(Student())
True
>>> callable(max)
True
>>> callable([1, 2, 3])
False
>>> callable(None)
False
>>> callable('str')
False

　　通过callable()函数，我们就可以判断一个对象是否是“可调用”对象。

 

小结

　　Python的class允许定义许多定制方法，可以让我们非常方便地生成特定的类。

　　本节介绍的是最常用的几个定制方法，还有很多可定制的方法，请参考Python的官方文档。

 

参考源码：

#python 定制类   示例
#2016-8-30 09:22:34
#MengmengCoding
# -*- coding: utf-8 -*-

#定义__str__()方法，返回一个好看的字符串

class Student(object):
    
    def __init__(self,name):
        self.name=name
        
    def __str__(self):
        return 'Student object (name: %s)' %self.name 
        
    __repr__=__str__
    

print(Student('Michael'))
#输出：Student object (name: Michael)
'''
1、未加__str__()方法之前，print(Student('Michael'))输出：
<__main__.Student object at 0x109afb190>
为使print(Student('Michael'))时按照自己的意愿输出，可加上
__str__()方法，在该方法中定义输出内容

2、__repr__()返回程序开发者看到的字符串（即不加print，直接敲入变量时）
也就是说，__repr__()是为调试服务的
'''

#实现一个__iter__()方法，该方法返回一个迭代对象，可以让一个类被用于for...in循环中

class Fib(object):
    def __init__(self):
        self.a,self.b=0,1    #初始化两个计数器a,b
        
    def __iter__(self):
        return self            #实例本身就是迭代对象，故返回自己
        
    def __next__(self):
        self.a,self.b=self.b,self.a+self.b    #计算下一个值
        if self.a >100000:        #退出循环的条件
            raise StopIteration();
        return self.a  #返回下一个值
        
for n in Fib():
    print(n)
    


#实现一个__getitem__()方法，让Fib实例表现得像list那样按照下标取元素
#为了不覆盖前面的Fib类，此处另外定义一个类：Fib_LikeList

class Fib_LikeList(object):
    
    def __getitem__(self,n):    #传入n用于判断类型，int类型或切片类型
        if isinstance(n,int):    #为int型时
            a,b=1,1             #因为下标从0开始，所以一开始即给a,b赋值1,1
            
            for x in range(n):    #range(n)等价于range(0,n)，代表从0到n，不包含n
                a,b=b,a+b 
            return a             #a代表当前下标的值，a+b代表当前下标的下一个下标的值
            
        if isinstance(n,slice):
            start=n.start
            stop=n.stop
            
            if start is None:
                start=0 
            a,b=1,1
            L=[]                #声明一个list，存放切片对应的值
            for x in range(stop):
                if x>=start:
                    L.append(a)
                a,b=b,a+b 
            return L 
            
f=Fib_LikeList()
print(f[0])
print(f[5])
print(f[100])
print(f[0:5])
print(f[:10])

#正常情况下，当我们调用类的方法或属性时，如果不存在，就会报错
#要避免这个错误，可以写一个__getattr__()方法，动态返回一个属性
#为了不覆盖前面的Student类，此处另外定义一个类：Student_AddAttr

class Student_AddAttr(object):
    
    def __init__(self):
        self.name='Shuke'
        
    def __getattr__(self,attr):
        if attr=='score':
            return 99
        if attr=='age':
            return lambda:25    #lambda为匿名函数，所以age使用时，要写成函数的形式.age()
        raise AttributeError('\'Student\' object has no attribute \'%s\'' % attr)
        
s=Student_AddAttr()
print(s.name)
print(s.score)
print(s.age())
# AttributeError: 'Student' object has no attribute 'grade'
#print(s.grade)

#利用完全动态的__getattr__，可以写出一个链式调用：
class Chain(object):
    def __init__(self,path='Sina'):
        self._path=path
        
    def __getattr__(self,path):
        return Chain('%s/%s' %(self._path,path))    #每次返回一个Chain类，其初始化值为self._path/path,则下次再遇到‘.’运算符时，还会进入__getattr__()方法中，此时的self._path的值为上一次返回时初始化的值：self._path/path
        
    def __str__(self):
        return self._path    #print时输出的内容
        
    __repr__=__str__        #调试时不带print时显示的内容


print(Chain().status.user.timeline.list)
#输出：Sina/status/user/timeline/list


#定义一个__call__()方法，可以直接对实例进行调用
#为了不覆盖前面的Student类，此处另外定义一个类：Student_Call

class Student_Call(object):
    def __init__(self,name):
        self.name=name
        
    def __call__(self):
        print('My name is %s.' %self.name)
        
ss=Student_Call('Shuke')
ss()    #self参数不要传入
#输出：My name is Shuke.

 

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