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Python中必须知道的5对魔术方法

在使用Python命名函数时,我们可以使用下划线以及字母和数字。在单词之间使用下划线时,它们没有多大意义,它们只是通过在单词之间创建空格来提高可读性。这就是蛇形命名方式。例如,  calculate_mean_score  比  calculatemeanscore  更易于阅读。你可能已经知道,除了这种使用下划线的常用方式之外,我们还为函数名称加上一个或两个下划线(例如,  _func ,  __func ),以表示这些函数供类或模块内的私有使用。没有下划线前缀的名称被认为是公共API。

下划线在函数命名中的另一种用法是 魔术方法(magic methods) ,也称为特殊方法。具体来说,我们在函数名称之前放置两个下划线,在函数名称之后放置两个下划线-类似于  __func__ 。由于使用了双下划线,因此某些人将特殊方法称为 “dunder方法” 或简称为 “dunders” (译者注:dunder 是 double underscore 的缩写,即双下划线)。在本文中,我们将讨论5对紧密相关的常用魔术方法,每对方法代表一个 Python 概念。

1. 实例化:  __new__  和  __init__

在学习了 Python 数据结构的基础知识(例如字典,列表)之后,你应该已经看到了一些定义自定义类的示例,在这些示例中,你第一次接触到了魔术方法  __init__ 。此方法用于定义实例对象的初始化行为。具体来说,在  __init__  方法中,你想要为创建的实例对象设置初始属性。这是一个简单的示例:

当我们使用  __init__ 方法时,我们不会直接调用它。取而代之的是,  __init__ 方法成为该类的构造函数方法的构建基础,该类的构造函数与  __init__ 方法具有相同的功能签名。例如,要创建一个新的  Product  实例,请使用以下代码:
 

product = Product("Vacuum", 150.0)

与  __init__ 方法最接近的是  __new__  方法,我们通常不会在自定义类中实现该方法。本质上,  __new__  方法实际上创建了实例对象,该实例对象被传递给  __init__  方法以完成初始化过程。

换句话说,构造新的实例对象(称为实例化的过程)涉及依次调用  __new__  和  __init__ 方法。

以下代码展示了这样的一系列反应:

 

2. 字符串(String)的表现形式:  __repr__  和  __str__

这两种方法对于为自定义类设置字符串表现形式都很重要。在解释它们之前,让我们快速看一下下面的实现过程:

__repr__  方法应该返回一个字符串,该字符串显示如何创建实例对象。具体来说,可以将该字符串传递给  eval() 来重新构造实例对象。以下代码段向你展示了这样的操作:

 

__str__  方法可以返回有关实例对象的更多描述。应该注意的是,  print()  函数使用  __str__ 方法来显示与实例相关的信息,如下所示:

尽管这两种方法都应返回字符串,但是  __repr__  方法通常是供开发人员使用的,因此我们希望显示实例化信息,而  __str__  方法是针对常规用户的,因此我们希望显示更多的信息。

3. 迭代:  __iter__  和  __next__

我们可以使代码自动化的一个关键操作是为我们重复执行一项工作,该工作的实现涉及到 for 循环作为逻辑流程。就相关对象而言,它可以在 for 循环中使用。for 循环的最基本形式如下所示:

在底层,可迭代对象转换为迭代器,该迭代器为每个循环显示可迭代对象。一般来说,迭代器是 Python 对象,可用于渲染要迭代的变量。转换是通过实现  __iter__  特殊方法来完成的。另外,检索迭代器的下一项涉及  __next__  特殊方法的实现。让我们继续前面的示例,并使我们的 Product 类作为 for 循环中的迭代器工作:
 

如上所示,我们创建了一个对象列表,该对象列表在  __iter__  方法中保存了免费样本 (free samples),这些样本为自定义类实例提供了迭代器。为了实现迭代行为,我们通过提供免费样本列表中的对象来实现  __next__  方法。当我们用完免费样本时,迭代结束。

 

4. 上下文管理器:  __enter__  和  __exit__

当我们使用 Python 处理文件对象时,你遇到的最常见的语法可能是这样的:

with open('filename.txt') as file:

# Your file operations go here

with  语句的使用被称为上下文管理器技术。具体来说,在上面的文件操作示例中,  with  语句将为文件对象创建一个上下文管理器,并且在文件操作之后,上下文管理器将帮助我们关闭文件对象,以便共享资源(即文件) 可以用于其他进程。

因此,通常来说,上下文管理器是 Python 对象,它们为我们管理共享资源,例如打开和关闭。没有它们,我们必须手动管理它们,这很容易出错。

为了通过自定义类实现这种行为,我们的类需要实现  __enter__  和  __exit__  方法。  __enter__  方法设置了上下文管理器,该上下文管理器为我们进行操作准备了所需的资源,而  __exit__  方法则是清理应释放的所有已使用资源,以使其可用。让我们考虑下面的简单示例,其中包含先前的 “ Product” 类:

 

如你所见,当实例对象嵌入在 with 语句中时,将调用  __enter__  方法。当在 with 语句中完成该操作时,将调用  __exit__  方法。

但是,应该注意,我们可以实现  __enter__ 和  __exit__ 方法来创建上下文管理器。使用上下文管理器“装饰器”函数,可以更轻松地完成此操作。

5. 更精细的属性访问控制:  __getattr__  和  __setattr__

如果你有其他语言的编程经验,则可能已习惯于为实例属性设置显式的 getter 和 setter 。在 Python 中,我们不需要为每个单独的属性使用这些访问控制技术。但是,有可能通过实现  __getattr__ 和  __setattr__ 方法来进行控制。具体来说,访问实例对象的属性时将调用  __getattr__  方法,而当我们设置实例对象的属性时将调用  __setattr__  方法。

每当我们尝试设置对象的属性时,都会调用  __setattr__  方法。若要正确使用它,必须通过使用  super()  使用超类方法。否则,它将陷入无限递归。

设置好 formatted_name 属性后,该属性将成为  __dict__  对象的一部分,因此不会调用  __getattr__ 。

附带说明一下,还有另一种与访问控制紧密相关的特殊方法称为  __getattribute__ ,它类似于  __getattr__ ,但是每次访问属性时都会被调用。在这方面,它类似于  __setattr__ ,同样,你应使用super()实现  __getattribute__  方法,以避免无限递归错误。

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