Python基础（定制类）

文章转载自廖雪峰老师Python课程博客，仅供学习参考使用

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：
 
http://api.server/user/friends
http://api.server/user/timeline/list
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。