python 面向对象进阶之魔术方法

python面向对象之魔术方法

前言

相信很多使用python的小伙伴都有一个困惑，在看一些库的源码时，发现源码中有很多 __XX__(双下划线开头，双下划线结尾)的方法。比如我们在定义类时，经常用到的初始化方法__init__,在python中像__init __这类双下划线开头和结尾的方法，我们把它统称为魔术方法(也有叫魔法方法和特殊方法的)。今天就专门和大家一起来聊聊python中的魔术方法，首先我们来看看魔术方法有哪些特征。

魔术方法的特征：
- 魔术方法都是双下划线开头，双下划线结尾的方法
- 魔术方法都是python内部事先定义的，是对象相关行为的底层实现方法
- 魔术方法都是在特定的情况下自动化触发的，一般不会直接去调用。

接下来我们一起看看python中场景的一些魔术方法。

1、`new`方法

相信大多的程序员，都听说过 new一个对象这句话（如下图），

在很多的编程语言中创建对象都是使用的new来创建的，那么在咱们python中呢？其实也有一个new，它是一个魔术方法，接下来我们一起来看看。

问题：python创建一个对象的时候，调用的第一个方法是什么？

很多小伙伴会说是__init__，其实不然，正确答案是：__new__方法
问题：那么这个__new__方法呢，它有什么作用？又在什么时候会调用呢？

案例：

接下来我们一起来看看下面这案例段代码：

class Test(object):
    def __init__(self):
        print('-------init------方法')

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print('------new方法-------')

t = Test()
print(t)

运行上面的代码，发现__new__执行了，__init__没有执行，创建出来的对象变成了None

为什么会出现这样的情况呢？

原因是我们重写了父类object中的 __new__方法，当我们没有自定义__new__方法时，默认继承了object的__new__方法，我们使用类创建对象时，底层会自动调用这个方法来完成对象的创建。那么我们自己定义了这个方法之后呢？方法中没没有创建对象，也没有返回对象，所以最终创建的对象打印为None,而__init__方法是一个实例方法，是创建对象之后用来初始化对象的，但是new方法中并没有创建出来对象，所以__init__方法也没有执行。 __new__一般情况下我们都不会自己去重定义，只有在有特定的需求时才会去用，比如要修改或者控制类创建对象行为时，如实现单例类等等。

2、上下文管理器

相信很多小伙伴都用过python中的with,也都指定可以同它来操作文件，文件会自动关闭。那么大家有没有思考过一个问题，为什么with 打开文件为何会自动关闭？

问题： with 打开文件为何会自动关闭？

其实with操作文件不需要关闭的原因是，因为with启动的文件操作的上下文管理器协议。
什么上下文管理器协议？

所谓的上下文管理器协议，是由两个魔术方法实现的。在python中只要任意一个类中实现了__enter__和__exit__这两个方法，那么这个类就实现了上下文管理器协议，这个类的对象就可以使用with来进行操作。
object.__enter__(self)

使用with操作实现上下文管理器协议的对象时，则会自动调用这个对象的__enter__方法，with语句将该方法非返回赋值给到as后面的变量。
object.__exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb)
```
exc_type : # 异常类型

exc_val : # 异常值

exc_tb : # 异常回溯追踪
```
当with中的代码执行完毕之后，会自动调用__exit__方法退出上下文管理器。如果该上下文退出时没有异常，三个参数都将为None。如果提供了一个异常，并且该方法希望抑制该异常（即防止它被传播），它应该返回一个真值。否则，在退出此方法后，异常将被正常处理。注意__exit__()方法不应该重新抛出传递进去的异常；这是调用者的责任。

案例

手动实现操作文件的上下文管理器

class OpenFile(object):
    '''手动实现文件操作的上下文'''
    def __init__(self,filename,method):
        #初始化打开文件
        self.file = open(filename,method)

    def __enter__(self):
        #启动上下文时，将打开的对象返回出去
        return self.file

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        #退出上下文时，将文件关闭
        self.file.close()

with OpenFile('python.txt','w') as f:
    f.write('hello')

3、`call`方法

问题：python中万物皆对象，函数也是对象，为什么函数可以调用，而其他的对象不行？
需求：如果想让类创建出来的对象，可以像函数一样被调用可以实现吗？
- 我们只需要再类里面定义魔术方法__call__方法即可实现，__call__中可以定义对象调用的逻辑

class Test(object):
	def __call__(self):
		print('触发了call方法')
  
t = Test()

t()

4、`str`方法

问题思考：交互环境下print打印的内容和和直接输入变量，返回的内容不一样这是为什么？
- 使用print打印的时候触发的是__str__方法，
注意点：
- 重写`str，必须要记得写return。
- return返回的必须是一个字符串对象。
代码演示：

class Test(object):
    def __init__(self,name):
        self.name = name
    def __str__(self):
        return '触发了str方法'

python的内置函数str
- 内置函数str转换一个对象时，触发对象对应__str__的方法。
- 内置函数format处理对象是，触发对象对应__str__的方法。

5、算术运算的实现

思考问题: python中不仅数值之间能相加，字符串和列表，元祖之间也能进行，这是怎么实现的？
- 同类型对象之间使用+号的时候，实际上是触发了__add__魔术方法。

小案例验证

class Test(object):

    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = name

    def __add__(self, other):
        print('对象之间使用了+号')
        return self.age+other.age

xiaoming = Test('小明',18)
laowang = Test('老王',48)

print(xiaoming+laowang)

问题二：数值之间能用-进行运算，字符型、列表元祖为什么不行？

其实也是魔术方法来实现的，python的int类中实现了__sub__方法，字符串，列表等数据类型没有，所有的算术运算底层都是调用相应的魔术方法来实现的。
其他算术运算符对应的魔术方法：

__add__(self, other)	定义加法的行为：+
__sub__(self, other)	定义减法的行为：-
__mul__(self, other)	定义乘法的行为：*
__truediv__(self, other)	定义真除法的行为：/
__floordiv__(self, other)	定义整数除法的行为：//
__mod__(self, other)	定义取余算法的行为：%

关于python中的魔术方法就暂时给大家介绍到这里，更多的魔术方法，大家可以自行扩展学习：