python魔法方法-自定义序列详解

自定义序列的相关魔法方法允许我们自己创建的类拥有序列的特性，让其使用起来就像 python 的内置序列（dict,tuple,list,string等）。

如果要实现这个功能，就要遵循 python 的相关的协议。所谓的协议就是一些约定内容。例如，如果要将一个类要实现迭代，就必须实现两个魔法方法：__iter__、next（python3.x中为__new__）。__iter__应该返回一个对象，这个对象必须实现 next 方法，通常返回的是 self 本身。而 next 方法必须在每次调用的时候都返回下一个元素，并且当元素用尽时触发 StopIteration 异常。

而其实 for 循环的本质就是先调用对象的__iter__方法，再不断重复调用__iter__方法返回的对象的 next 方法，触发 StopIteration 异常时停止，并内部处理了这个异常，所以我们看不到异常的抛出。

这种关系就好像接口一样，如果回顾以前几篇的魔法方法，可以发现许多的内置函数得到的结果就是相应的魔法方法的返回值。

下面是一下相关的魔法方法：

•__len__(self)

•返回容器的长度。可变和不可变容器都要实现它，这是协议的一部分。

•__getitem__(self, key)

•定义当某一项被访问时，使用self[key]所产生的行为。这也是可变容器和不可变容器协议的一部分。如果键的类型错误将产生TypeError；如果key没有合适的值则产生KeyError。

•__setitem__(self, key, value)

•定义当一个条目被赋值时，使用self[key] = value所产生的行为。这也是可变容器协议的一部分。而且，在相应的情形下也会产生KeyError和TypeError。

•__delitem__(self, key)

•定义当某一项被删除时所产生的行为。（例如del self[key]）。这是可变容器协议的一部分。当你使用一个无效的键时必须抛出适当的异常。

•__iter__(self)

•返回一个容器迭代器，很多情况下会返回迭代器，尤其是当内置的iter()方法被调用的时候，以及当使用for x in container:方式循环的时候。迭代器是它们本身的对象，它们必须定义返回self的__iter__方法。

•__reversed__(self)

•实现当reversed()被调用时的行为。应该返回序列反转后的版本。仅当序列是有序的时候实现它，例如列表或者元组。

•__contains__(self, item)

•定义了调用in和not in来测试成员是否存在的时候所产生的行为。这个不是协议要求的内容，但是你可以根据自己的要求实现它。当__contains__没有被定义的时候，Python会迭代这个序列，并且当找到需要的值时会返回True。

•__missing__(self, key)

•其在dict的子类中被使用。它定义了当一个不存在字典中的键被访问时所产生的行为。（例如，如果我有一个字典d，当"george"不是字典中的key时，使用了d["george"]，此时d.__missing__("george")将会被调用）。

class Foo(object):
  def __init__(self, key, value):
    self.key = []
    self.value = []
    self.key.append(key)
    self.value.append(value)

  def __len__(self):
    return len(self.key)

  def __getitem__(self, item):
    try:
      __index = self.key.index(item)
      return self.value[__index]
    except ValueError:
      raise KeyError('can not find the key')

  def __setitem__(self, key, value):
    if key not in self.key:
      self.key.append(key)
      self.value.append(value)
    else:
      __index = self.key.index(key)
      self.value[__index] = value

  def __delitem__(self, key):
    try:
      __index = self.key.index(key)
      del self.key[__index]
      del self.value[__index]
    except ValueError:
      raise KeyError('can not find the key')

  def __str__(self):
    result_list = []
    for index in xrange(len(self.key)):
      __key = self.key[index]
      __value = self.value[index]
      result = __key, __value
      result_list.append(result)
    return str(result_list)

  def __iter__(self):
    self.__index = 0
    return self

  def next(self):
    if self.__index == len(self.key):
      self.__index = 0
      raise StopIteration()
    else:
      __key = self.key[self.__index]
      __value = self.value[self.__index]
      result = __key, __value
      self.__index += 1
      return result

  def __reversed__(self):
    __result = self.value[:]
    __result.reverse()
    return __result

  def __contains__(self, item):
    if item in self.value:
      return True
    else:
      return False

代码演示1

['scolia', 123, 456, 789]
4
[('scolia', 'good'), (123, 321), (456, 654)]
scolia good
123 321
456 654
[654, 321, 'good']
False
True

演示结果

这里创建一个模拟字典的类，这个类的内部维护了两个列表，key 负责储存键，value 负责储存值，两个列表通过索引的一一对应，从而达到模拟字典的目的。

首先，我们看看__len__方法，按照协议，这个方法应该返回容器的长度，因为这个类在设计的时候要求两个列表必须等长，所以理论上返回哪个列表的长度都是一样的，这里我选择返回 key 的长度。

然后是__getitem__方法。这个方法会在a['scolia']时，调用a.__getitem__('scolia')。也就是说这个方法定义了元素的获取，我这里的思路是先找到 key 列表中建的索引，然后用索引去 value 列表中找对应的元素，然后将其返回。然后为了进一步伪装成字典，我捕获了可能产生的 ValueError （这是 item 不在 key 列表中时触发的异常），并将其伪装成字典找不到键时的 KeyError。

理论上只要实现了上面两个方法，就可以得到一个不可变的容器了。但是我觉得并不满意所以继续拓展。

__setitem__(self, key, value)方法定义了 a['scolia'] = 'good' 这种操作时的行为，此时将会调用a.__setitem__('scolia', 'good') 因为是绑定方法，所以self是自动传递的，我们不用理。这里我也模拟了字典中对同一个键赋值时会造成覆盖的特性。这个方法不用返回任何值，所以return语句也省略了。

__delitem__(self, key)方法定义了del a['scolia'] 这类操作时候的行为，里面的‘scolia'就作为参数传进去。这里也进行了异常的转换。

只有实现里以上四个方法，就可以当做可变容器来使用了。有同学可能发现并没有切片对应的魔法方法，而事实上，我也暂时没有找到先，这部分内容先搁着一边。

接下来的 __str__ 是对应于 str() 函数，在类的表示中会继续讨论，这里是为了 print 语句好看才加进去的，因为print语句默认就是调用str()函数。

__iter__和next方法在开头的时候讨论过了，这里是为了能让其进行迭代操作而加入的。

__reversed__(self)方法返回一个倒序后的副本，这里体现了有序性，当然是否需要还是要看个人。

__contains__实现了成员判断，这里我们更关心value列表中的数据，所以判断的是value列表。该方法要求返回布尔值。

class Boo(dict):
  def __new__(cls, *args, **kwargs):
    return super(Boo, cls).__new__(cls)

  def __missing__(self, key):
    return 'The key(%s) can not be find.'% key

代码示例2

good
The key(123) can not be find.

运行结果