Python笔记 · 魔法函数 / Magic Methods / Dunder Methods

在上篇文章《Python笔记 · 私有方法、私有属性 & 单下划线、双下划线》我们介绍过以前置双下划线开始，后置双下划线结束的方法名：__*__，这是系统定义的一批特殊函数，通常被称之为：魔法函数（Magic Methods 或 Dunder Methods），其中Dunder意为：“Double Under (Underscores)”。本文我们就对这些Dunder函数做一次系统介绍。

魔法函数并不会被直接调用，而在类的某些特殊行为发生时被自动调用。实际上，从其他语言观察Python的这些魔法函数，都有对应的解决方案，只是Python选择了这种“内置的预定义的函数”作为Python的处理方式。我个人倾向于把这些魔法函数分为：

对象生命周期相关的操作
对象基本操作（属性，toString等）
运算符重载
集合相关操作
with上下文管理器
协程相关

在这里插入图片描述

(注：上图引用自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/344951719)

以下是各魔法方法的列表：

方法名	用途
`__init__`	Initialise object
`__new__`	Create object
`__del__`	Destroy object
`__repr__`	Compute “official” string representation / repr(obj)
`__str__`	Pretty print object / str(obj) / print(obj)
`__bytes__`	bytes(obj)
`__format__`	Custom string formatting
`__lt__`	obj < …
`__le__`	obj <= …
`__eq__`	obj == …
`__ne__`	obj != …
`__gt__`	obj > …
`__ge__`	obj >= …
`__hash__`	hash(obj) / object as dictionary key
`__bool__`	bool(obj) / define Truthy/Falsy value of object
`__getattr__`	Fallback for attribute access
`__getattribute__`	Implement attribute access: obj.name
`__setattr__`	Set attribute values: obj.name = value
`__delattr__`	Delete attribute: del obj.name
`__dir__`	dir(obj)
`__get__`	Attribute access in descriptor
`__set__`	Set attribute in descriptor
`__delete__`	Attribute deletion in descriptor
`__init_subclass__`	Initialise subclass
`__set_name__`	Owner class assignment callback
`__instancecheck__`	isinstance(obj, …)
`__subclasscheck__`	issubclass(obj, …)
`__class_getitem__`	Emulate generic types
`__call__`	Emulate callables / obj(args, *kwargs)
`__len__`	len(obj)
`__length_hint__`	Estimate length for optimisation purposes
`__getitem__`	Access obj[key]
`__setitem__`	obj[key] = … or `obj[]
`__delitem__`	del obj[key]
`__missing__`	Handle missing keys in dict subclasses
`__iter__`	iter(obj) / for … in obj (iterating over)
`__reversed__`	reverse(obj)
`__contains__`	… in obj (membership test)
`__add__`	obj + …
`__radd__`	… + obj
`__iadd__`	obj += …
`__sub__`	obj - …
`__mul__`	obj * …
`__matmul__`	obj @ …
`__truediv__`	obj / …
`__floordiv__`	obj // …
`__mod__`	obj % …
`__divmod__`	divmod(obj, …)
`__pow__`	obj ** …
`__lshift__`	obj << …
`__rshift__`	obj >> …
`__and__`	obj & …
`__xor__`	obj ^ …
`__or__`	obj
`__neg__`	-obj (unary)
`__pos__`	+obj (unary)
`__abs__`	abs(obj)
`__invert__`	~obj (unary)
`__complex__`	complex(obj)
`__int__`	int(obj)
`__float__`	float(obj)
`__index__`	Losslessly convert to integer
`__round__`	round(obj)
`__trunc__`	math.trunc(obj)
`__floor__`	math.floor(obj)
`__ceil__`	math.ceil(obj)
`__enter__`	with obj (enter context manager)
`__exit__`	with obj (exit context manager)
`__await__`	Implement awaitable objects
`__aiter__`	aiter(obj)
`__anext__`	anext(obj)
`__aenter__`	async with obj (enter async context manager)
`__aexit__`	async with obj (exit async context manager)

（注：更多关联到官方文档的解释，请参考：https://mathspp.com/blog/pydonts/dunder-methods#fn:2）

由于方法众多，我们可以使用下述方法来查看当前对象所有的函数，所有的魔法函数也会罗列出来。

dir(<your-object>)

由于魔法函数众多，我们不会在本文中一一解读，以后在使到的场景中再跟进做一些笔记。本文，我们只关注一部分最基本也最常见的魔法函数。

`init()`

总是第一个被提起的魔法函数，实际上就是Python的构造函数。该函数会在对象初始化的时由解释器自动调用，程序员可以自由选择实现或不实现，但就像其他编程语言中的构造函数一样，一般都会选择实现。如果不实现，则对象属性是不会被声明和初始化的，虽然Python是动态语言，在后续使用对象的过程中依然可以随时添加和初始化属性，但是从编程习惯上讲，还是在构造函数中显示声明出所有属性是更好的选择。

`new()`

在object类中存在一个静态的__new__(cls, *args, **kwargs) 方法，该方法需要传递一个参数 cls，cls 表示需要实例化的类，此参数在实例化时由 Python 解释器自动提供，__new__ 方法必须有返回值，且返回的是被实例化的实例，只有在该实例返回后才会调用__init__ 来进行初始化，初始化所用的实例就是__new__ 返回的结果，也就可以认为是 self。

`init`和`new`的区别

__new__的调用发生在__init__之前
__new__是类级别的方法（方法参数是cls),__init__是实例级别的方法（方法参数是self)

当我们创建一个Python实例时，Python会先调用__new__来创建一个实例，然后再调用这个实例的__init__方法来完成一些实例属性的初始化操作。

绝大多数情况下，我们只需要实现__init__方法，关于__new__有两种典型的应用场景：

当你继承一些不可变的class时(比如int, str, tuple)，提供给你一个自定义这些类的实例化过程的途径。

当我们要继承一些不可变类时，__new__给了我们一个“调整”这些类的实例化细节的入口，例如如下代码：

class PositiveInteger(int):
    def __new__(cls, value):
        return super(PositiveInteger, cls).__new__(cls, abs(value))
i = PositiveInteger(-3)
print(i)

由于Int是不可变类，继承自它的PositiveInteger会自动取绝对值作为其值。尽管该意图在init方法中同样可以实现，但是在类级别的new方法中实现是更合理的，应为是类型（即PositiveInteger）本身的固有特性。

通过__new__实现单例

class Single(object):
    _instance = None
    def __new__(cls, *args, **kw):
        if cls._instance is None:
            cls._instance = object.__new__(cls, *args, **kw)
        return cls._instance
    def __init__(self):
        pass

single1 = Single()
single2 = Single()

single1.attr1='value1'
print(single1.attr1)
print(single2.attr1)
print(id(single1) == id(single2))

程序输出：

value1
value1
True

基于new实现的单例能很好地体现new区别于init的地方。

`iter()`

只要定义了__iter__() 方法对象，就是可迭代对象；这意味着，我们可以迭代我们自己定义的对象。

`next()`

函数next() 是 iterator 区别于 iterable 的关键,它允许我们显式地获取一个元素。当调用 next() 方法时,实际上产生了 2 个操作：一是更新 iterator 状态，令其指向后一项,以便下一次调用，二是返回当前结果。

`call()`

对象通过提供__call__() 方法可以模拟函数的行为，如果一个对象提供了该方法，就可以像函数一样使用它。

`len()`

len 调用后会调用对象的__len__ 函数，我们可以为其定制输出。

`str()`

直接打印对象的实现方法，str 是被 print 函数调用的，一般都是 return 一个什么东西，这个东西应该是以字符串的形式表现的。如果不是要用 str() 函数转换，我们可以直接 print 的对象都是实现了__str__ 这个方法的，比如 dict。

`repr()`

函数 str() 用于将值转化为适于人阅读的形式，而 repr() 转化为供解释器读取的形式，某对象如果没有适于人阅读的解释形式的话，我们可以定制__repr__ 的输出。

`setitem()`

该函数可以给对象赋值，我们可以以下标的方式对其进行操作

`getitem()`

与上函数相反，getitem 可以使对象支持以下标的方式获取值。

`delitem()`

该函数支持以下标方式删除对象数据，实现了这三个函数，这个类就像字典一样，具备了基本的增删查功能，有时候这样写会很方便。

`del()`

这可以说是一个析构器，或者回收器，在对象引用数降到0时执行，有时可能还需要等一会再执行，所以一般不推荐使用，但是在代码中我们偶尔可以用它来实现一些必须要做的，但是并不紧急的事。

`setattr()`

该函数可以设置函数的属性。

`getattr()`

获取对象属性，只有在属性没有找到的时候调用。

`getattribute()`

该函数和上面介绍的__getattr__ 很像，都是获取属性，但是__getattr__ 是在属性不存在时被调用，而__getattribute__ 是无条件被调用，这样会方便我们做一些控制，需要注意，一旦定义了__getattribute__，则__getattr__ 不再会被调用，除非显式调用。

##__delattr__()
本函数的作用是删除属性，实现了该函数的类可以用 del 命令来删除属性。

参考：

https://www.cnblogs.com/chenhuabin/p/13752770.html

https://levelup.gitconnected.com/python-dunder-methods-ea98ceabad15

https://www.tutorialsteacher.com/python/magic-methods-in-python

https://mathspp.com/blog/pydonts/dunder-methods

https://lupanlpb.github.io/2019/08/14/Python%E5%B8%B8%E7%94%A8%E9%AD%94%E6%B3%95%E5%87%BD%E6%95%B0/