Python 重載運算符 __add__ __radd__ __eq__ ...
有些事情讓我不安,比如運算符重載。我決定不支持運算符重載,這完全是個人選擇,因為我見過太多 C++ 程式員濫用它。
——James Gosling
Java 之父
運算符重載的作用是讓用戶定義的對象使用中綴運算符(如 + 和 |)或一元運算符(如 - 和 ~)。說得寬泛一些,在 Python 中,函數調用(())、屬性訪問(.)和元素訪問 / 切片([])也是運算符。
我們為 Vector 類簡略實現了幾個運算符。__add__ 和 __mul__ 方法是為了展示如何使用特殊方法重載運算符,不過有些小問題被我們忽視了。此外,我們定義的Vector2d.__eq__ 方法認為 Vector(3, 4) == [3, 4] 是真的(True),這可能並不合理。
運算符重載基礎
在某些圈子中,運算符重載的名聲並不好。這個語言特性可能(已經)被濫用,讓程式員困惑,導致缺陷和意料之外的性能瓶頸。但是,如果使用得當,API 會變得好用,代碼會變得易於閱讀。Python 施加了一些限制,做好了靈活性、可用性和安全性方面的平衡:
- 不能重載內置類型的運算符
- 不能新建運算符,只能重載現有的
- 某些運算符不能重載——is、and、or 和 not(不過位運算符
- &、| 和 ~ 可以)
前面的博文已經為 Vector 定義了一個中綴運算符,即 ==,這個運算符由__eq__ 方法支持。我們將改進 __eq__ 方法的實現,更好地處理不是Vector 實例的操作數。然而,在運算符重載方面,眾多比較運算符(==、!=、>、<、>=、<=)是特例,因此我們首先將在 Vector 中重載四個算術運算符:一元運算符 - 和 +,以及中綴運算符 + 和 *。
一元運算符
-(__neg__)
一元取負算術運算符。如果 x 是 -2,那麼 -x == 2。
+(__pos__)
一元取正算術運算符。通常,x == +x,但也有一些例外。如果好奇,請閱讀“x 和 +x 何時不相等”附註欄。
~(__invert__)
對整數按位取反,定義為 ~x == -(x+1)。如果 x 是 2,那麼 ~x== -3。
支持一元運算符很簡單,只需實現相應的特殊方法。這些特殊方法只有一個參數,self。然後,使用符合所在類的邏輯實現。不過,要遵守運算符的一個基本規則:始終返回一個新對象。也就是說,不能修改self,要創建並返回合適類型的新實例。
對 - 和 + 來說,結果可能是與 self 同屬一類的實例。多數時候,+ 最好返回 self 的副本。abs(...) 的結果應該是一個標量。但是對 ~ 來說,很難說什麼結果是合理的,因為可能不是處理整數的位,例如在ORM 中,SQL WHERE 子句應該返回反集。
1 def __abs__(self): 2 return math.sqrt(sum(x * x for x in self)) 3 4 def __neg__(self): 5 return Vector(-x for x in self) #為了計算 -v,構建一個新 Vector 實例,把 self 的每個分量都取反 6 7 def __pos__(self): 8 return Vector(self) #為了計算 +v,構建一個新 Vector 實例,傳入 self 的各個分量
x 和 +x 何時不相等
每個人都覺得 x == +x,而且在 Python 中,幾乎所有情況下都是這樣。但是,我在標準庫中找到兩例 x != +x 的情況。
第一例與 decimal.Decimal 類有關。如果 x 是 Decimal 實例,在算術運算的上下文中創建,然後在不同的上下文中計算 +x,那麼 x!= +x。例如,x 所在的上下文使用某個精度,而計算 +x 時,精度變了,例如下麵的