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38、Python运算符重载

您可以根据所使用的操作数来更改Python中运算符的含义。在本教程中,您将学习如何在Python面向对象编程中使用运算符重载。

Python运算符重载

Python运算符适用于内置类。但是,同一操作员在不同类型上的行为会有所不同。例如,+运算符将对两个数字执行算术加法,合并两个列表或连接两个字符串。

Python中的这一功能允许同一运算符根据上下文具有不同的含义,这称为运算符重载。

那么,当我们将它们与用户定义类的对象一起使用时,会发生什么呢?让我们考虑下面的类,该类试图在二维坐标系中模拟一个点。

class Point:
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y


p1 = Point(1, 2)
p2 = Point(2, 3)
print(p1+p2)

输出

Traceback (most recent call last):
  File "<string>", line 9, in <module>
    print(p1+p2)
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'Point' and 'Point'

在这里,我们可以看到出现了a TypeError,因为Python不知道如何将两个Point对象加在一起。

但是,我们可以通过运算符重载在Python中完成此任务。但是首先,让我们对特殊功能有所了解。


Python特殊功能

以双下划线开头的类函数__在Python中称为特殊函数。

这些函数不是我们为类定义的典型函数。__init__()我们上面定义的功能就是其中之一。每次我们创建该类的新对象时都会调用它。

Python中还有许多其他特殊功能。访问Python特殊功能以了解有关它们的更多信息。

使用特殊功能,我们可以使我们的类与内置函数兼容。

>>> p1 = Point(2,3)
>>> print(p1)
<__main__.Point object at 0x00000000031F8CC0>

假设我们希望print()函数打印Point对象的坐标,而不是得到的坐标。我们可以__str__()在类中定义一个方法来控制对象的打印方式。让我们看看如何实现这一目标:

class Point:
    def __init__(self, x = 0, y = 0):
        self.x = x
        self.y = y
    
    def __str__(self):
        return "({0},{1})".format(self.x,self.y)

现在,让我们print()再次尝试该功能。

class Point:
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return "({0}, {1})".format(self.x, self.y)


p1 = Point(2, 3)
print(p1)

输出

(2、3)

这样更好 事实证明,当我们使用内置函数str()或时,将调用相同的方法format()

>>> str(p1)
'(2,3)'

>>> format(p1)
'(2,3)'

因此,当您使用str(p1)或时format(p1),Python内部会调用该p1.__str__()方法。因此得名,特殊功能。

现在让我们回到操作符重载。


重载+运算符

要使+运算符重载,我们将需要__add__()在类中实现函数。拥有权利的同时也被赋予了重大的责任。我们可以在此函数内做任何我们想做的事情。但是返回Point坐标和的对象更为明智。

class Point:
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return "({0},{1})".format(self.x, self.y)

    def __add__(self, other):
        x = self.x + other.x
        y = self.y + other.y
        return Point(x, y)

现在,让我们再次尝试加法操作:

class Point:
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return "({0},{1})".format(self.x, self.y)

    def __add__(self, other):
        x = self.x + other.x
        y = self.y + other.y
        return Point(x, y)


p1 = Point(1, 2)
p2 = Point(2, 3)

print(p1+p2)

输出

(3,5)

实际发生的是,当您使用时p1 + p2,Pythonp1.__add__(p2)会依次调用Point.__add__(p1,p2)。此后,将按照我们指定的方式执行加法运算。

同样,我们也可以重载其他运算符。我们需要实现的特殊功能列表如下。

操作员 表达 内部地
加法 p1 + p2 p1.__add__(p2)
减法 p1 - p2 p1.__sub__(p2)
乘法 p1 * p2 p1.__mul__(p2)
p1 ** p2 p1.__pow__(p2)
除法 p1 / p2 p1.__truediv__(p2)
取整除 p1 // p2 p1.__floordiv__(p2)
余数(模) p1 % p2 p1.__mod__(p2)
按位左移 p1 << p2 p1.__lshift__(p2)
按位右移 p1 >> p2 p1.__rshift__(p2)
按位与 p1 & p2 p1.__and__(p2)
按位或 p1 | p2 p1.__or__(p2)
按位异或 p1 ^ p2 p1.__xor__(p2)
按位非 ~p1 p1.__invert__()

重载比较运算符

Python并不将运算符重载限制为仅算术运算符。我们也可以重载比较运算符。

假设我们要<在我们的Point类中实现小于符号symbol 。

让我们从原点比较这些点的大小,并为此目的返回结果。可以如下实现。

# overloading the less than operator
class Point:
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return "({0},{1})".format(self.x, self.y)

    def __lt__(self, other):
        self_mag = (self.x ** 2) + (self.y ** 2)
        other_mag = (other.x ** 2) + (other.y ** 2)
        return self_mag < other_mag

p1 = Point(1,1)
p2 = Point(-2,-3)
p3 = Point(1,-1)

# use less than
print(p1<p2)
print(p2<p3)
print(p1<p3)

输出

True
False
False

类似地,下面列出了我们需要实现以重载其他比较运算符的特殊功能。

操作符 表达 内部地
少于 p1 < p2 p1.__lt__(p2)
小于或等于 p1 <= p2 p1.__le__(p2)
等于 p1 == p2 p1.__eq__(p2)
不等于 p1 != p2 p1.__ne__(p2)
比…更棒 p1 > p2 p1.__gt__(p2)
大于或等于 p1 >= p2 p1.__ge__(p2)
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