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一、概述
1、定义
2、作用
二、应用场景
1、构造和析构
2、操作符重载
3、字符串和表示
4、容器管理
5、可调用对象
6、上下文管理
7、属性访问和描述符
8、迭代器和生成器
9、数值类型
10、复制和序列化
11、自定义元类行为
12、自定义类行为
13、类型检…目录
一、概述
1、定义
2、作用
二、应用场景
1、构造和析构
2、操作符重载
3、字符串和表示
4、容器管理
5、可调用对象
6、上下文管理
7、属性访问和描述符
8、迭代器和生成器
9、数值类型
10、复制和序列化
11、自定义元类行为
12、自定义类行为
13、类型检查和转换
14、自定义异常
三、学习方法
1、理解基础
2、查阅文档
3、编写示例
4、实践应用
5、阅读他人代码
6、参加社区讨论
7、持续学习
8、练习与总结
9、注意兼容性
10、避免过度使用
四、魔法方法
32、__index__方法
32-1、语法
32-2、参数
32-3、功能
32-4、返回值
32-5、说明
32-6、用法
33、__init__方法
33-1、语法
33-2、参数
33-3、功能
33-4、返回值
33-5、说明
33-6、用法
34、__init_subclass__方法
34-1、语法
34-2、参数
34-3、功能
34-4、返回值
34-5、说明
34-6、用法
五、推荐阅读
1、Python筑基之旅
2、Python函数之旅
3、Python算法之旅
4、博客个人主页 一、概述
1、定义 魔法方法(Magic Methods/Special Methods也称特殊方法或双下划线方法)是Python中一类具有特殊命名规则的方法它们的名称通常以双下划线(__)开头和结尾。 魔法方法用于在特定情况下自动被Python解释器调用而不需要显式地调用它们它们提供了一种机制让你可以定义自定义类时具有与内置类型相似的行为。
2、作用 魔法方法允许开发者重载Python中的一些内置操作或函数的行为从而为自定义的类添加特殊的功能。
二、应用场景
1、构造和析构
1-1、__init__(self, [args...])在创建对象时初始化属性。 1-2、__new__(cls, [args...])在创建对象时控制实例的创建过程(通常与元类一起使用)。 1-3、__del__(self)在对象被销毁前执行清理操作如关闭文件或释放资源。
2、操作符重载
2-1、__add__(self, other)、__sub__(self, other)、__mul__(self, other)等自定义对象之间的算术运算。 2-2、__eq__(self, other)、__ne__(self, other)、__lt__(self, other)等定义对象之间的比较操作。
3、字符串和表示
3-1、__str__(self)定义对象的字符串表示常用于print()函数。 3-2、__repr__(self)定义对象的官方字符串表示用于repr()函数和交互式解释器。
4、容器管理
4-1、__getitem__(self, key)、__setitem__(self, key, value)、__delitem__(self, key)用于实现类似列表或字典的索引访问、设置和删除操作。 4-2、__len__(self)返回对象的长度或元素个数。
5、可调用对象
5-1、__call__(self, [args...])允许对象像函数一样被调用。
6、上下文管理
6-1、__enter__(self)、__exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb)用于实现上下文管理器如with语句中的对象。
7、属性访问和描述符
7-1、__getattr__, __setattr__, __delattr__这些方法允许对象在访问或修改不存在的属性时执行自定义操作。 7-2、描述符(Descriptors)是实现了__get__, __set__, 和__delete__方法的对象它们可以控制对另一个对象属性的访问。
8、迭代器和生成器
8-1、__iter__和__next__这些方法允许对象支持迭代操作如使用for循环遍历对象。 8-2、__aiter__, __anext__这些是异步迭代器的魔法方法用于支持异步迭代。
9、数值类型
9-1、__int__(self)、__float__(self)、__complex__(self)定义对象到数值类型的转换。 9-2、__index__(self)定义对象用于切片时的整数转换。
10、复制和序列化
10-1、__copy__和__deepcopy__允许对象支持浅复制和深复制操作。 10-2、__getstate__和__setstate__用于自定义对象的序列化和反序列化过程。
11、自定义元类行为
11-1、__metaclass__(Python 2)或元类本身(Python 3)允许自定义类的创建过程如动态创建类、修改类的定义等。
12、自定义类行为
12-1、__init__和__new__用于初始化对象或控制对象的创建过程。 12-2、__init_subclass__在子类被创建时调用允许在子类中执行一些额外的操作。
13、类型检查和转换
13-1、__instancecheck__和__subclasscheck__用于自定义isinstance()和issubclass()函数的行为。
14、自定义异常
14-1、你可以通过继承内置的Exception类来创建自定义的异常类并定义其特定的行为。 三、学习方法 要学好Python的魔法方法你可以遵循以下方法及步骤
1、理解基础 首先确保你对Python的基本语法、数据类型、类和对象等概念有深入的理解这些是理解魔法方法的基础。
2、查阅文档 仔细阅读Python官方文档中关于魔法方法的部分文档会详细解释每个魔法方法的作用、参数和返回值。你可以通过访问Python的官方网站或使用help()函数在Python解释器中查看文档。
3、编写示例 为每个魔法方法编写简单的示例代码以便更好地理解其用法和效果通过实际编写和运行代码你可以更直观地感受到魔法方法如何改变对象的行为。
4、实践应用 在实际项目中尝试使用魔法方法。如你可以创建一个自定义的集合类使用__getitem__、__setitem__和__delitem__方法来实现索引操作。只有通过实践应用你才能更深入地理解魔法方法的用途和重要性。
5、阅读他人代码 阅读开源项目或他人编写的代码特别是那些使用了魔法方法的代码这可以帮助你学习如何在实际项目中使用魔法方法。通过分析他人代码中的魔法方法使用方式你可以学习到一些新的技巧和最佳实践。
6、参加社区讨论 参与Python社区的讨论与其他开发者交流关于魔法方法的使用经验和技巧在社区中提问或回答关于魔法方法的问题这可以帮助你更深入地理解魔法方法并发现新的应用场景。
7、持续学习 Python语言和其生态系统不断发展新的魔法方法和功能可能会不断被引入保持对Python社区的关注及时学习新的魔法方法和最佳实践。
8、练习与总结 多做练习通过编写各种使用魔法方法的代码来巩固你的理解定期总结你学到的知识和经验形成自己的知识体系。
9、注意兼容性 在使用魔法方法时要注意不同Python版本之间的兼容性差异确保你的代码在不同版本的Python中都能正常工作。
10、避免过度使用 虽然魔法方法非常强大但过度使用可能会导致代码难以理解和维护在编写代码时要权衡使用魔法方法的利弊避免滥用。 总之学好Python的魔法方法需要不断地学习、实践和总结只有通过不断地练习和积累经验你才能更好地掌握这些强大的工具并在实际项目中灵活运用它们。 四、魔法方法
32、__index__方法
32-1、语法
__index__(self, /)Return self converted to an integer, if self is suitable for use as an index into a list
32-2、参数
32-2-1、self(必须)一个对实例对象本身的引用在类的所有方法中都会自动传递。
32-2-2、/(可选)这是从Python 3.8开始引入的参数注解语法它表示这个方法不接受任何位置参数(positional-only parameters)之后的关键字参数(keyword arguments)。
32-3、功能 用于那些希望表现得像整数但实际上不是整数的对象。
32-4、返回值 返回一个整数该整数代表该对象在整数上下文中的值。
32-5、说明 __index__方法与__int__方法不同
32-5-1、__int__ 方法用于将对象转换为整数但并不保证转换后的整数适合用作索引(例如它可能返回一个负数或超出索引范围的数)而__index__方法应该只返回那些可以用作索引的有效整数。
32-5-2、__index__ 方法通常只在需要整数索引的上下文中被调用比如列表索引、切片操作等在其他上下文中可能需要使用__int__或其他转换方法。
32-6、用法
# 032、__index__方法
# 1、自定义整数类型
class MyInt:def __init__(self, value):self.value valuedef __index__(self):return self.valuedef __repr__(self):return fMyInt({self.value})
if __name__ __main__:lst [1, 2, 3, 4, 5]idx MyInt(2)print(lst[idx]) # 输出 3# 2、自定义时间索引
from datetime import datetime, timedelta
class TimeIndex:def __init__(self, hours):self.hours hoursdef __index__(self):return self.hours * 60 * 60 # 转换为秒
if __name__ __main__:now datetime.now()# 手动调用 TimeIndex 对象的 __index__ 方法来获取秒数seconds TimeIndex(2).__index__()delta timedelta(secondsseconds)future_time now deltaprint(future_time) # 输出类似于 2024-06-02 09:49:54.742039# 3、自定义进度条(简化示例)
class ProgressBar:def __init__(self, total):self.total totalself.current 0def update(self, value):self.current valuedef __index__(self):return self.current
if __name__ __main__:bar ProgressBar(100)for i in range(101):bar.update(i)print(fProgress: {i} / {bar.__index__() 1})# 4、自定义范围
class MyRange:def __init__(self, start, end):self.start startself.end enddef __index__(self):return self.end - self.start # 返回范围的大小
if __name__ __main__:rng MyRange(10, 20)print(fRange size: {rng.__index__()}) # 输出Range size: 10# 5、自定义列表索引
class WeightedList:def __init__(self, elements, weights):self.elements elementsself.weights weightsdef __getitem__(self, index):# 这里假设我们使用累积权重作为索引cumulative_weights [sum(self.weights[:i 1]) for i in range(len(self.weights))]if isinstance(index, int):for i, cw in enumerate(cumulative_weights):if index cw:return self.elements[i]raise IndexError(Index out of range)elif hasattr(index, __index__):# 如果index有__index__方法我们用它来获取整数值index_val index.__index__()return self.__getitem__(index_val)else:raise TypeError(Unsupported index type)class WeightedIndex:def __init__(self, value):self.value valuedef __index__(self):# 假设我们根据某种规则将value转换为索引# 这里只是一个示例实际应用中规则可能更复杂return self.value * 2 # 例如我们想要索引是权重的两倍
if __name__ __main__:wl WeightedList([a, b, c], [1, 3, 2])print(wl[WeightedList.WeightedIndex(1)]) # 假设我们想要索引为权重的两倍所以这里会返回b# 6、自定义时间步索引
class TimeStep:def __init__(self, step_number):self.step_number step_numberdef __index__(self):return self.step_number
if __name__ __main__:time_steps [TimeStep(0), TimeStep(1), TimeStep(2)]for ts in time_steps:print(fTime step: {ts.__index__()})# 7、图形元素索引
class GraphElement:def __init__(self, id):self.id iddef __index__(self):# 假设我们直接使用元素的id作为索引return self.id
if __name__ __main__:elements [GraphElement(1), GraphElement(2), GraphElement(3)]for elem in elements:print(fElement index: {elem.__index__()})
33、__init__方法
33-1、语法
__init__(self, /, *args, **kwargs)Initialize self. See help(type(self)) for accurate signature
33-2、参数
33-2-1、self(必须)一个对实例对象本身的引用在类的所有方法中都会自动传递。
33-2-2、/(可选)这是从Python 3.8开始引入的参数注解语法它表示这个方法不接受任何位置参数(positional-only parameters)之后的关键字参数(keyword arguments)。
33-2-3、*args(可选)一个非关键字可变位置参数列表它允许你在调用构造函数时传入任意数量的位置参数这些参数会作为元组(tuple)传递给__init__方法。
33-2-4、**kwargs(可选)一个非关键字可变关键字参数字典它允许你在调用构造函数时传入任意数量的关键字参数这些参数会作为字典(dictionary)传递给__init__方法。
33-3、功能 初始化新创建的对象的状态。
33-4、返回值 没有特定的返回值(或更准确地说是返回None)。
33-5、说明 无
33-6、用法
# 033、__init__方法
# 1、基础示例
class Person:def __init__(self, name, age):self.name nameself.age age# 2、设置默认值
class Car:def __init__(self, colorred, brandToyota):self.color colorself.brand brand# 3、列表初始化
class Playlist:def __init__(self, songs):self.songs songs# 4、字典初始化
class UserInfo:def __init__(self, details):self.details details# 5、使用*args(可变位置参数)
class VariableArguments:def __init__(self, *args):self.args args# 6、使用kwargs(可变关键字参数)
class KeywordArguments:def __init__(self, **kwargs):self.kwargs kwargs# 7、结合*args和kwargs**
class CombinedArguments:def __init__(self, name, *args, **kwargs):self.name nameself.args argsself.kwargs kwargs# 8、属性验证(例如确保年龄为正数)
class ValidatedPerson:def __init__(self, name, age):if age 0:raise ValueError(Age cannot be negative)self.name nameself.age age# 9、文件处理(初始化时打开文件)
class LogFile:def __init__(self, filename):self.file open(filename, a)def __del__(self):self.file.close()# 10、数据库连接(初始化时连接到数据库)
import sqlite3
class Database:def __init__(self, db_name):self.connection sqlite3.connect(db_name)self.cursor self.connection.cursor()def __del__(self):self.connection.close()# 11、计算属性(在初始化时计算某些值)
class Circle:def __init__(self, radius):self.radius radiusself.diameter 2 * radiusself.area 3.14159 * radius ** 2# 12、使用私有属性和getter/setter
class SecretAgent:def __init__(self, code_name):self._code_name code_namepropertydef code_name(self):return self._code_namecode_name.setterdef code_name(self, new_name):if new_name.isalpha():self._code_name new_nameelse:raise ValueError(Code name must be alphabetic)# 13、带有日志记录的初始化
import logging
class LoggedClass:def __init__(self, name):self.name namelogging.info(fObject of {self.__class__.__name__} with name {name} created.)# 14、设置对象的状态
class Light:OFF 0ON 1def __init__(self, statusOFF):if status not in [self.OFF, self.ON]:raise ValueError(Invalid status)self.status status# 15、绑定回调函数
class Button:def __init__(self, on_pressNone):self.on_press on_pressdef press(self):if self.on_press:self.on_press()# 16、处理继承中的初始化
class Parent:def __init__(self, parent_attr):self.parent_attr parent_attr
class Child(Parent):def __init__(self, parent_attr, child_attr):super().__init__(parent_attr) # Call parents __init__self.child_attr child_attr# 17、使用枚举类型
from enum import Enum
class Color(Enum):RED 1GREEN 2BLUE 3
class LightBulb:def __init__(self, color: Color):if not isinstance(color, Color):raise ValueError(Color must be an instance of Color Enum)self.color color# 18、配置文件的加载
import configparser
class ConfiguredClass:def __init__(self, config_file):config configparser.ConfigParser()config.read(config_file)self.setting1 config.get(section1, setting1)self.setting2 config.getint(section2, setting2)# 19、使用property装饰器进行初始化
class PropertyExample:def __init__(self):self._value Nonepropertydef value(self):return self._valuevalue.setterdef value(self, new_value):if new_value 0:raise ValueError(Value must be non-negative)self._value new_value
if __name__ __main__:obj PropertyExample()obj.value 10 # 这里实际上在setter中进行了初始化# 20、依赖注入
class Service:def __init__(self, dependency):self.dependency dependency
if __name__ __main__:dependency SomeDependency()service Service(dependency)
34、__init_subclass__方法
34-1、语法
__init_subclass__(cls, **kwargs): super().__init_subclass__(**kwargs) # 调用父类的__init_subclass__方法
34-2、参数
34-2-1、cls(必须)一个对子类本身的引用它是一个类对象。
34-2、**kwargs(可选)一个可变关键字参数字典允许你在定义子类时传递任意数量的关键字参数给__init_subclass__方法。这些关键字参数在子类的类定义中通过元类(如果有的话)或直接在类定义中通过metaclassSomeMetaClass(arg1value1, arg2value2, ...)的方式传递。
34-3、功能 在子类被创建时自动调用用于在子类定义完成后执行一些初始化操作。
34-4、返回值 没有特定的返回值(或更准确地说是返回None)。
34-5、说明 __init_subclass__并不是在所有情况下都会自动被调用它只在通过class语句显式地定义子类时才会被调用而不是在通过继承或元类编程间接地创建子类时。
34-6、用法
# 034、__init_subclass__方法
# 1、添加类属性
class Base:def __init_subclass__(cls, **kwargs):cls.subclass_attr kwargs.get(subclass_attr, default)
class SubclassA(Base, subclass_attrA-specific):pass
print(SubclassA.subclass_attr) # 输出 A-specific# 2、注册子类
class Registry:subclasses []def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)cls.subclasses.append(cls)
class RegisteredA(Registry):pass
class RegisteredB(Registry):pass
print(Registry.subclasses) # 输出 [class __main__.RegisteredA, class __main__.RegisteredB]# 3、动态设置元类
class MetaBase(type):pass
class MetaA(MetaBase):pass
# 注意这里我们使用了 metaclass 关键字来指定元类
class Base(metaclassMetaBase):def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)# 这里我们不需要做任何额外的事情因为元类已经在类定义时指定了
# 这里我们不再使用 metaMetaA而是直接在类定义时指定元类
class SubclassWithMeta(Base, metaclassMetaA):pass
print(type(SubclassWithMeta)) # 应该输出 class __main__.MetaA# 4、设置类级别的变量
class Base:def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)# 注意这里我们不会从 kwargs 获取 class_var因为我们不能直接传递它
class SubclassB(Base):# 我们不能直接在这里设置 class_var因为它是类变量不是 __init_subclass__ 的参数pass
# 在类定义之后我们直接设置 class_var
SubclassB.class_var 42
print(SubclassB.class_var) # 输出 42# 5、验证子类属性
class Base:def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)if not hasattr(cls, required_attr):raise TypeError(f{cls.__name__} must have a required_attr attribute)
class SubclassD(Base):required_attr True
# 下面的类会抛出TypeError因为它没有required_attr
# class SubclassE(Base):
# pass
# TypeError: SubclassE must have a required_attr attribute# 6、设置默认属性值
class Base:default_value Nonedef __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)if not hasattr(cls, default_value):cls.default_value default from Base
class SubclassF(Base):pass
print(SubclassF.default_value) # 输出 default from Base# 7、实现接口检查
class Interface:pass
class Base:def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)if not issubclass(cls, Interface):raise TypeError(f{cls.__name__} must implement {Interface.__name__} interface)# 下面的类会抛出TypeError因为它没有实现Interface
# class SubclassG(Base):
# pass
class SubclassH(Base, Interface):pass# 8、添加类方法
class Base:def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)def subclass_method(self):return fIm a method from {cls.__name__}setattr(cls, subclass_method, classmethod(subclass_method))
class SubclassC(Base):pass
print(SubclassC.subclass_method()) # 输出 Im a method from SubclassC# 9、设置继承顺序
class Base:_order []def __init_subclass__(cls, orderNone, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)if order is not None:Base._order.append((order, cls))# 按照指定的顺序排序Base._order.sort(keylambda x: x[0])
class SubclassI(Base, order1):pass
class SubclassJ(Base, order2):pass
class SubclassK(Base, order0):pass
# 打印按照顺序排列的子类
for _, cls in Base._order:print(cls.__name__) # 输出 SubclassK, SubclassI, SubclassJ# 10、添加装饰器到所有子类方法
def my_decorator(func):def wrapper(*args, **kwargs):print(fCalling {func.__name__} with decorator)return func(*args, **kwargs)return wrapper
class Base:def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)for name, method in vars(cls).items():if callable(method) and not name.startswith(__):setattr(cls, name, my_decorator(method))
class SubclassL(Base):def method(self):print(SubclassL method called)
SubclassL().method() # 输出 Calling method with decorator 和 SubclassL method called# 11、根据子类名称动态添加方法
class Base:def __init_subclass__(cls, **kwargs):super().__init_subclass__(**kwargs)def dynamic_method(self):return fThis is a dynamic method for {cls.__name__}setattr(cls, fdynamic_{cls.__name__.lower()}, dynamic_method)
class SubclassN(Base):pass
print(SubclassN().dynamic_subclassn()) # 输出 This is a dynamic method for SubclassN
五、推荐阅读
1、Python筑基之旅
2、Python函数之旅
3、Python算法之旅
4、博客个人主页
