Python 进阶——如何正确使用魔法方法？（上）

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发布于: 2020 年 11 月 22 日

阅读本文大约需要 10 分钟。

在做 Python 开发时，我们经常会遇到以双下划线开头和结尾的方法，例如 __init__、__new__、__getattr__、setitem 等等，这些方法我们通常称之为「魔法方法」，而使用这些「魔法方法」，我们可以非常方便地给类添加特殊的功能。

这篇文章，我们就来分析一下，Python 中的魔法方法都有哪些？使用这些魔法方法，我们可以实现哪些实用的功能？

魔法方法概览

首先，我们先对 Python 中的魔法方法进行归类，常见的魔法方法大致可分为以下几类：

构造与初始化
类的表示
访问控制
比较操作
容器类操作
可调用对象
序列化

由于魔法方法分类较多，这篇文章我们先来看前几个：构造与初始化、类的表示、访问控制。剩下的魔法方法，我们会在下一篇文章进行分析讲解。

构造与初始化

首先，我们来看关于构造与初始化相关的魔法方法，主要包括以下几种：

__init__
__new__
__del__

init

关于构造与初始化的魔法方法，我们使用最频繁的一个就是 __init__ 了。

我们在定义类的时候，通常都会去定义构造方法，它的作用就是在初始化一个对象时，定义这个对象的初始值。

# coding: utf8
class Person(object):
    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age
p1 = Person('张三', 25)p2 = Person('李四', 30)

复制代码

new

在初始化一个类的属性时，除了使用 __init__ 之外，还可以使用 __new__ 这个方法。

我们在平时开发中使用的虽然不多，但是经常能够在开源框架中看到它的身影。实际上，这才是「真正的构造方法」。

# coding: utf8
class Person(object):
    def __new__(cls, *args, **kwargs):        print "call __new__"        return object.__new__(cls, *args, **kwargs)
    def __init__(self, name, age):        print "call __init__"        self.name = name        self.age = age
p = Person("张三", 20)
# Output:# call __new__# call __init__

复制代码

从例子我们可以看到，__new__ 会在对象实例化时第一个被调用，然后才会调用 __init__，它们的区别如下：

__new__ 的第一个参数是 cls，而 __init__ 的第一个参数是 self
__new__ 返回值是一个实例对象，而 __init__ 没有任何返回值，只做初始化操作
__new__ 由于返回的是一个实例对象，所以它可以给所有实例进行统一的初始化操作

了解了它们之间的区别，我们来看 __new__ 在什么场景下使用？

由于 __new__ 优先于 __init__ 调用，而且它返回的是一个实例，所以我们可以利用这个特性，在 new 方法中，每次返回同一个实例来实现一个单例类：

# coding: utf8
class Singleton(object):    """单例"""    _instance = None    def __new__(cls, *args, **kwargs):        if not cls._instance:            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)        return cls._instance
class MySingleton(Singleton):    pass
a = MySingleton()b = MySingleton()
assert a is b	# True

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另外一个使用场景是，当我们需要继承内置类时，例如想要继承 int、str、tuple，就无法使用 init 来初始化了，只能通过 new 来初始化数据：

# coding: utf8
class g(float):    """千克转克"""    def __new__(cls, kg):        return float.__new__(cls, kg * 2)
a = g(50) # 50千克转为克print a 	# 100print a + 100	# 200 由于继承了float，所以可以直接运算，非常方便！

复制代码

在这个例子中，我们实现了一个类，这个类继承了 float，之后，我们就可以对这个类的实例进行计算了，是不是很神奇？

除此之外，__new__ 比较多的应用场景是配合「元类」使用，关于「元类」的原理，我会在后面的文章中讲到。

del

__del__ 这个方法就是我们经常说的「析构方法」，也就是在对象被垃圾回收时被调用。

但是请注意，当我们执行 del obj 时，这个方法不一定会执行。

由于 Python 是通过引用计数来进行垃圾回收的，如果这个实例在执行 del 时，还被其他对象引用，那么就不会触发执行 __del__ 方法。

我们来看一个例子：

class Person(object):    def __del__(self):        print '__del__'

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我们定义了一个带有 __del__ 方法的类，此时我们直接执行：

a = Person()print 'exit'
# Output:# exit# __del__

复制代码

由于我们没有对实例进行任何引用操作时，所以 __del__ 在程序退出时被调用。

如果我们显示执行 del obj，如下：

a = Person()del a   	# 手动销毁对象print 'exit'
# Output:# __del__# exit

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同样地，由于实例没有被其他对象所引用，当我们手动销毁这个实例时，__del__ 被调用后程序正常退出。

如果这个对象被其他对象所引用：

a = Person()b = a   # b引用adel a   # 手动销毁 不触发__del__print 'exit'
# Output:# exit# __del__

复制代码

可以看到，如果这个实例有被其他对象引用，尽管我们手动销毁这个实例，但不会触发 __del__ 方法，而是在程序正常退出时被调用执行。

通常来说，__del__ 这个方法我们很少会使用到，除非需要在显示执行 del 执行特殊清理逻辑的场景中才会使用到。

但另一方面，也给我们一个提醒，当我们在对文件、Socket 进行操作时，如果要想安全地关闭和销毁这些对象，最好是在 try 异常块后的 finally 中进行关闭和释放操作，从而避免资源的泄露。

类的表示

接下来，我们来看关于类的表示相关的魔法方法，主要包括以下几种：

__str__ / __repr__
__unicode__
__hash__ / __eq__
__nozero__

str/repr

关于 __str__ 和 __repr__ 这 2 个魔法方法，非常类似，很多人区分不出它们有什么不同，我们来看几个例子，就能理解这 2 个方法的效果：

>>> a = 'hello'>>> str(a)'hello'>>> '%s' % a	# 调用__str__'hello'
>>> repr(a)		# 对象a的标准表示 也就是a是如何创建的"'hello'">>> '%r' % a	# 调用__repr__"'hello'"
>>> import datetime>>> b = datetime.datetime.now()>>> str(b)'2017-02-22 12:28:40.923379'>>> print b		# 等同于print str(b)2017-02-22 12:28:40.923379
>>> repr(b)		# 展示对象b的标准创建方式(如何创建的)'datetime.datetime(2017, 2, 22, 12, 28, 40, 923379)'>>> b		     # 等同于print repr(b)datetime.datetime(2017, 2, 22, 12, 28, 40, 923379)
>>> c = eval(repr(b))	# repr(b)目标针对于机器 所以可执行>>> cdatetime.datetime(2017, 2, 22, 12, 28, 40, 923379)

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从上述例子中我们可以看出这 2 个方法的区别：

__str__ 强调可读性，而 __repr__ 强调准确性 / 标准性
__str__ 的目标人群是用户，而 __repr__ 的目标人群是机器，__repr__ 返回的结果是可执行的，通过 eval(repr(obj)) 可以正确运行
占位符 %s 调用的是 __str__，而 %r 调用的是 repr 方法

所以，我们在实际中开发中定义类时，一般这样使用：

# coding: utf8
class Person(object):
    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age
    def __str__(self):        # 格式化 友好对用户展示        return 'name: %s, age: %s' % (self.name, self.age)
    def __repr__(self):        # 标准化展示        return "Person('%s', %s)" % (self.name, self.age)
person = Person('zhangsan', 20)
# 强调对用户友好print str(person)       # name: zhangsan, age: 20 print '%s' % person     # name: zhangsan, age: 20
# 强调对机器友好 结果 eval 可执行print repr(person)	    # Person('zhangsan', 20)print '%r' % person     # Person('zhangsan', 20)

复制代码

明白了它们之间的区别，我们再思考一下，如果只定义了 __str__ 或 __repr__ 其中一个，那会是什么结果？

只定义 __str__，但没有定义 __repr__：

# coding: utf8
class Person(object):
    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age            def __str__(self):        return 'name: %s, age: %s' % (self.name, self.age)
person = Person('zhangsan', 20)
print str(person)       # name: zhangsan, age: 20 print '%s' % person     # name: zhangsan, age: 20
print repr(person)	    # <__main__.Person object at 0x10bee9390>print '%r' % person     # <__main__.Person object at 0x10bee9390>

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只定义 __repr__，但没有定义 __str__：

# coding: utf8
class Person(object):
    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age            def __repr__(self):        return "Person('%s', %s)" % (self.name, self.age)
person = Person('zhangsan', 20)
print str(person)       # Person('zhangsan', 20)print '%s' % person     # Person('zhangsan', 20)
print repr(person)	    # Person('zhangsan', 20)print '%r' % person     # Person('zhangsan', 20)

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从例子中我们可以看到结果：

如果只定义了 _str__，那么 repr(person) 输出 <__main__.Person object at 0x10bee9390>
如果只定义了 __repr__，那么 str(person) 与 repr(person) 结果是相同的

也就是说，__repr__ 在表示类时，是一级的，如果只定义它，那么 __str__ = __repr__。

而 __str__ 展示类时是次级的，如果没有定义 __repr__，那么 repr(person) 将会展示缺省的定义。

unicode

如果一个类定义了 __unicode__ 方法，那么在调用 unicode(obj) 时，此方法将被调用，但是其返回值类型是 unicode。

# coding: utf8
class Person(object):
    def __unicode__(self):        # 这里不是u'hello'        return 'hello'    person = Person()print unicode(person)	          # hellloprint type(unicode(person))	    # <type 'unicode'>

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从例子中我们可以看到，虽然我们定义的 __unicode__ 返回值不是 unicode 类型，但在输出时，程序会自动转换成 unicode 类型。

这个方法在开发中一般很少使用，通常我们只需要定义 __str__ 即可。

hash/eq

__hash__ 方法返回一个整数，用来表示实例对象的唯一标识，配合 __eq__ 方法，可以判断两个对象是否相等：

# coding: utf8
class Person(object):    def __init__(self, uid):        self.uid = uid        	def __repr__(self):        return 'Person(%s)' % self.uid            def __hash__(self):        return self.uid        def __eq__(self, other):        return self.uid == other.uid    p1 = Person(1)p2 = Person(1)p1 == p2	   # True
p3 = Person(2)print set([p1, p2, p3])	# 根据唯一标识去重输出 set([Person(1), Person(2)])

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如果我们需要判断两个对象是否相等，只需要我们重写 __hash__ 和 __eq__ 方法就可以了。

此外，当我们使用 set 时，在 set 中存放这些对象，也会根据这两个方法进行去重操作。

nonzero

当调用 bool(obj) 时，会调用 __nonzero__ 方法，返回 True 或 False：

# coding: utf8
class Person(object):    def __init__(self, uid):        self.uid = uid
    def __nonzero__(self):        return self.uid > 10    p1 = Person(1)p2 = Person(15)print bool(p1)	 # Falseprint bool(p2)	 # True

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在 Python3 中，__nonzero__ 被重命名为 __bool__。

访问控制

接下来，我们来看关于访问控制的魔法方法，主要包括以下几种：

__setattr__：通过「.」设置属性或 setattr(key, value) 设置属性时调用
__getattr__：访问不存在的属性时调用
__delattr__：删除某个属性时调用
__getattribute__：访问任意属性或方法时调用

我们来看使用这些方法的完整例子：

# coding: utf8
class Person(object):
    def __setattr__(self, key, value):        """属性赋值"""        if key not in ('name', 'age'):            return        if key == 'age' and value < 0:            raise ValueError()        super(Person, self).__setattr__(key, value)
    def __getattr__(self, key):        """访问某个不存在的属性"""        return 'unknown'
    def __delattr__(self, key):        """删除某个属性"""        if key == 'name':            raise AttributeError()        super(Person, self).__delattr__(key)
    def __getattribute__(self, key):        """所有属性/方法调用都经过这里"""        if key == 'money':            return 100        if key == 'hello':            return self.say        return super(Person, self).__getattribute__(key)
    def say(self):        return 'hello'    p1 = Person()p1.name = 'zhangsan'	# 调用__setattr__p1.age = 20           # 调用__setattr__print p1.name	        # zhangsanprint p1.age	        # 20
setattr(p1, 'name', 'lisi')	# 调用__setattr__setattr(p1, 'age', 30)		  # 调用__setattr__print p1.name	              # lisiprint p1.age	              # 30
p1.gender = 'male'	  # __setattr__中忽略对gender赋值print p1.gender	      # gender不存在 所以会调用__getattr__返回unknown
print p1.money	      # money不存在 在__getattribute__中返回100
print p1.say()	      # helloprint p1.hello()      # hello 调用__getattribute__ 间接调用say方法
del p1.name		        # __delattr__中引发AttributeError
p2 = Person()p2.age = -1		        # __setattr__中引发ValueError

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我们仔细看一下这个例子，我已经添加好了详细的注释。

setattr

先来说 __setattr__，当我们在给一个对象进行属性赋值时，都会经过这个方法，在这个例子中，我们只允许对 name 和 age 这 2 个属性进行赋值，忽略了 gender 属性，除此之外，我们还对 age 赋值进行了校验。

通过 __setattr__ 方法，我们可以非常方便地对属性赋值进行控制。

getattr

再来看 __getattr__，由于我们在 __setattr__ 中忽略了对 gender 属性的赋值，所以当访问这个不存在的属性时，会调用 getattr 方法，在这个方法中返回了默认值 unknown。

很多同学以为这个方法与 __setattr__ 方法对等的，一个是赋值，一个是获取。其实不然，__getattr__ 只有在访问「不存在的属性」时才会被调用，这里我们需要注意。

getattribute

了解了 __getattr__ 后，还有一个和它非常类似的方法：__getattribute__。

很多人经常把这个方法和 __getattr__ 混淆，通过例子我们可以看出，它与前者的区别在于：

__getattr__ 只有在访问不存在的属性时被调用，而 __getattribute__ 在访问任意属性时都会被调用
__getattr__ 只针对属性访问，而__getattribute__ 不仅针对所有属性访问，还包括方法调用

在上面的例子，虽然我们没有定义 money 属性和 hello 方法，但是在 _getattribute_ 里拦截到了这个属性和方法，就可以对其执行不同的逻辑。

delattr

最后，我们来看 __delattr__，它比较简单，当删除对象的某个属性时，这个方法会被调用，所以它一般会用在删除属性前的校验场景中使用。

总结

这篇文章，我们主要介绍了 Python 中常见的魔法方法，主要有构造与初始化、类的表示、访问控制这 3 个模块。

构造与初始化的魔法方法，常常用在类的初始化过程中，其中 __init__一般用于实例初始化，而 __new__ 可以改变初始化实例的行为，通过它我们可以实现一个单例或者继承一个内置类。

关于类的表示的魔法方法，比较常用的，当我们想表示一个类时，可以使用 __str__ 或 __repr__ 方法，当需要判断两个对象是否相等时，可以使用 __hash__ 和 eq 方法。

关于访问控制的魔法方法，它可以控制实例的属性赋值、属性访问、方法访问、属性删除等操作，这对于我们实现一个复杂功能的类有很大帮助。

在下一篇文章，我们会继续分析剩下的魔法方法，主要包括关于比较操作、容器类操作、可调用对象、序列化相关的魔法方法。

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发布于: 2020 年 11 月 22 日阅读数: 822

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/c9466b36cf93187b94536f4d9】。文章转载请联系作者。

Kaito

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评论 (2 条评论)

发布

木子二鸟

讲python3吧，别抱着2不放了

2020 年 11 月 23 日 21:11

 0 回复

Kaito

之前的文章搬运过来。

2020 年 11 月 23 日 21:46

 0 回复

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Python 进阶——如何正确使用魔法方法？（上）

魔法方法概览

构造与初始化

__init__

__new__

__del__

类的表示

__str__/__repr__

__unicode__

__hash__/__eq__

__nonzero__

访问控制

__setattr__

__getattr__

__getattribute__

__delattr__

总结

Kaito

评论 (2 条评论)

init

new

del

str/repr

unicode

hash/eq

nonzero

setattr

getattr

getattribute

delattr