python中的魔法方法是一些可以讓你對(duì)類添加“魔法”的特殊方法,它們經(jīng)常是兩個(gè)下劃線包圍來(lái)命名的。

Python的魔法方法，也稱為dunder(雙下劃線)方法。大多數(shù)的時(shí)候，我們將它們用于簡(jiǎn)單的事情，例如構(gòu)造函數(shù)(init)、字符串表示(str， repr)或算術(shù)運(yùn)算符(add/mul)。其實(shí)還有許多你可能沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)的但是卻很好用的方法，在這篇文章中，我們將整理這些魔法方法!

迭代器的大小

我們都知道__len__方法，可以用它在容器類上實(shí)現(xiàn)len()函數(shù)。但是，如果您想獲取實(shí)現(xiàn)迭代器的類對(duì)象的長(zhǎng)度怎么辦?

it = iter(range(100))
 print(it.__length_hint__())
 # 100
 next(it)
 print(it.__length_hint__())
 # 99
 
 a = [1, 2, 3, 4, 5]
 it = iter(a)
 print(it.__length_hint__())
 # 5
 next(it)
 print(it.__length_hint__())
 # 4
 a.append(6)
 print(it.__length_hint__())
 # 5

你所需要做的就是實(shí)現(xiàn)__length_hint__方法，這個(gè)方法是迭代器上的內(nèi)置方法(不是生成器)，正如你上面看到的那樣，并且還支持動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度更改。但是，正如他的名字那樣，這只是一個(gè)提示（hint），并不能保證完全準(zhǔn)確:對(duì)于列表迭代器，可以得到準(zhǔn)確的結(jié)果，但是對(duì)于其他迭代器則不確定。但是即使它不準(zhǔn)確，它也可以幫我們獲得需要的信息，正如PEP 424中解釋的那樣。

length_hint must return an integer (else a TypeError is raised) or NotImplemented, and is not required to be accurate.  It may return a value that is either larger or smaller than the actual size of the container.  A return value of NotImplemented indicates that there is no finite length estimate.  It may not return a negative value (else a ValueError is raised).

元編程

大部分很少看到的神奇方法都與元編程有關(guān)，雖然元編程可能不是我們每天都需要使用的東西，但有一些方便的技巧可以使用它。

一個(gè)這樣的技巧是使用__init_subclass__作為擴(kuò)展基類功能的快捷方式，而不必處理元類:

 class Pet:
    def __init_subclass__(cls, /, default_breed, **kwargs):
        super().__init_subclass__(**kwargs)
        cls.default_breed = default_breed
 
 class Dog(Pet, default_name="German Shepherd"):
    pass

上面的代碼我們向基類添加關(guān)鍵字參數(shù)，該參數(shù)可以在定義子類時(shí)設(shè)置。在實(shí)際用例中可能會(huì)在想要處理提供的參數(shù)而不僅僅是賦值給屬性的情況下使用此方法。

看起來(lái)非常晦澀并且很少會(huì)用到，但其實(shí)你可能已經(jīng)遇到過(guò)很多次了，因?yàn)樗话愣际窃跇?gòu)建API時(shí)使用的，例如在SQLAlchemy或Flask Views中都使用到了。

另一個(gè)元類的神奇方法是__call__。這個(gè)方法允許自定義調(diào)用類實(shí)例時(shí)發(fā)生的事情:

 class CallableClass:
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print("I was called!")
 
 instance = CallableClass()
 
 instance()
 # I was called!

可以用它來(lái)創(chuàng)建一個(gè)不能被調(diào)用的類:

 class NoInstances(type):
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        raise TypeError("Can't create instance of this class")
 
 class SomeClass(metaclass=NoInstances):
    @staticmethod
    def func(x):
        print('A static method')
 
 instance = SomeClass()
 # TypeError: Can't create instance of this class

對(duì)于只有靜態(tài)方法的類，不需要?jiǎng)?chuàng)建類的實(shí)例就用到了這個(gè)方法。

另一個(gè)類似的場(chǎng)景是單例模式——一個(gè)類最多只能有一個(gè)實(shí)例:

 class Singleton(type):
    def __init__(cls, *args, **kwargs):
        cls.__instance = None
        super().__init__(*args, **kwargs)
 
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls.__instance is None:
            cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)
            return cls.__instance
        else:
            return cls.__instance
 
 class Logger(metaclass=Singleton):
    def __init__(self):
        print("Creating global Logger instance")

Singleton類擁有一個(gè)私有__instance——如果沒(méi)有，它會(huì)被創(chuàng)建并賦值，如果它已經(jīng)存在，它只會(huì)被返回。

假設(shè)有一個(gè)類，你想創(chuàng)建它的一個(gè)實(shí)例而不調(diào)用__init__。__new__ 方法可以幫助解決這個(gè)問(wèn)題:

 class Document:
    def __init__(self, text):
        self.text = text
 
 bare_document = Document.__new__(Document)
 print(bare_document.text)
 # AttributeError: 'Document' object has no attribute 'text'
 
 setattr(bare_document, "text", "Text of the document")

在某些情況下，我們可能需要繞過(guò)創(chuàng)建實(shí)例的通常過(guò)程，上面的代碼演示了如何做到這一點(diǎn)。我們不調(diào)用Document(…)，而是調(diào)用Document.__new__(Document)，它創(chuàng)建一個(gè)裸實(shí)例，而不調(diào)用__init__。因此，實(shí)例的屬性(在本例中為text)沒(méi)有初始化，所欲我們需要額外使用setattr函數(shù)賦值(它也是一個(gè)魔法的方法__setattr__)。

為什么要這么做呢。因?yàn)槲覀兛赡軙?huì)想要替代構(gòu)造函數(shù)，比如:

 class Document:
    def __init__(self, text):
        self.text = text
     
    @classmethod
    def from_file(cls, file): # Alternative constructor
        d = cls.__new__(cls)
        # Do stuff...
        return d

這里定義from_file方法，它作為構(gòu)造函數(shù)，首先使用__new__創(chuàng)建實(shí)例，然后在不調(diào)用__init__的情況下配置它。

下一個(gè)與元編程相關(guān)的神奇方法是__getattr__。當(dāng)普通屬性訪問(wèn)失敗時(shí)調(diào)用此方法。這可以用來(lái)將對(duì)缺失方法的訪問(wèn)/調(diào)用委托給另一個(gè)類:

 class String:
    def __init__(self, value):
        self._value = str(value)
 
    def custom_operation(self):
        pass
 
    def __getattr__(self, name):
        return getattr(self._value, name)
 
 s = String("some text")
 s.custom_operation() # Calls String.custom_operation()
 print(s.split()) # Calls String.__getattr__("split") and delegates to str.split
 # ['some', 'text']
 
 print("some text" + "more text")
 # ... works
 print(s + "more text")
 # TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'String' and 'str'

我們想為類添加一些額外的函數(shù)(如上面的custom_operation)定義string的自定義實(shí)現(xiàn)。但是我們并不想重新實(shí)現(xiàn)每一個(gè)字符串方法，比如split、join、capitalize等等。這里我們就可以使用__getattr__來(lái)調(diào)用這些現(xiàn)有的字符串方法。

雖然這適用于普通方法，但請(qǐng)注意，在上面的示例中，魔法方法__add__（提供的連接等操作）沒(méi)有得到委托。所以，如果我們想讓它們也能正常工作，就必須重新實(shí)現(xiàn)它們。

自省(introspection)

最后一個(gè)與元編程相關(guān)的方法是__getattribute__。它一個(gè)看起來(lái)非常類似于前面的__getattr__，但是他們有一個(gè)細(xì)微的區(qū)別，__getattr__只在屬性查找失敗時(shí)被調(diào)用，而__getattribute__是在嘗試屬性查找之前被調(diào)用。

所以可以使用__getattribute__來(lái)控制對(duì)屬性的訪問(wèn)，或者你可以創(chuàng)建一個(gè)裝飾器來(lái)記錄每次訪問(wèn)實(shí)例屬性的嘗試:

 def logger(cls):
    original_getattribute = cls.__getattribute__
 
    def getattribute(self, name):
        print(f"Getting: '{name}'")
        return original_getattribute(self, name)
 
    cls.__getattribute__ = getattribute
    return cls
 
 @logger
 class SomeClass:
    def __init__(self, attr):
        self.attr = attr
 
    def func(self):
        ...
 
 instance = SomeClass("value")
 instance.attr
 # Getting: 'attr'
 instance.func()
 # Getting: 'func'

裝飾器函數(shù)logger 首先記錄它所裝飾的類的原始__getattribute__方法。然后將其替換為自定義方法，該方法在調(diào)用原始的__getattribute__方法之前記錄了被訪問(wèn)屬性的名稱。

魔法屬性

到目前為止，我們只討論了魔法方法，但在Python中也有相當(dāng)多的魔法變量/屬性。其中一個(gè)是__all__:

 # some_module/__init__.py
 __all__ = ["func", "some_var"]
 
 some_var = "data"
 some_other_var = "more data"
 
 def func():
    return "hello"
 
 # -----------
 
 from some_module import *
 
 print(some_var)
 # "data"
 print(func())
 # "hello"
 
 print(some_other_var)
 # Exception, "some_other_var" is not exported by the module

這個(gè)屬性可用于定義從模塊導(dǎo)出哪些變量和函數(shù)。我們創(chuàng)建了一個(gè)Python模塊…/some_module/單獨(dú)文件(__init__.py)。在這個(gè)文件中定義了2個(gè)變量和一個(gè)函數(shù)，只導(dǎo)出其中的2個(gè)(func和some_var)。如果我們嘗試在其他Python程序中導(dǎo)入some_module的內(nèi)容，我們只能得到2個(gè)內(nèi)容。

但是要注意，__all__變量只影響上面所示的* import，我們?nèi)匀豢梢允褂蔑@式的名稱導(dǎo)入函數(shù)和變量，比如import some_other_var from some_module。

另一個(gè)常見(jiàn)的雙下劃線變量(模塊屬性)是__file__。這個(gè)變量標(biāo)識(shí)了訪問(wèn)它的文件的路徑:

 from pathlib import Path
 
 print(__file__)
 print(Path(__file__).resolve())
 # /home/.../directory/examples.py
 
 # Or the old way:
 import os
 print(os.path.dirname(os.path.abspath(__file__)))
 # /home/.../directory/

這樣我們就可以結(jié)合__all__和__file__，可以在一個(gè)文件夾中加載所有模塊:

# Directory structure:
 # .
 # |____some_dir
 #   |____module_three.py
 #   |____module_two.py
 #   |____module_one.py
 
 from pathlib import Path, PurePath
 modules = list(Path(__file__).parent.glob("*.py"))
 print([PurePath(f).stem for f in modules if f.is_file() and not f.name == "__init__.py"])
 # ['module_one', 'module_two', 'module_three']

最后一個(gè)我重要的屬性是的是__debug__。它可以用于調(diào)試，但更具體地說(shuō)，它可以用于更好地控制斷言:

 # example.py
 def func():
    if __debug__:
        print("debugging logs")
 
    # Do stuff...
 
 func()

如果我們使用python example.py正常運(yùn)行這段代碼，我們將看到打印出“調(diào)試日志”，但是如果我們使用python -O example.py，優(yōu)化標(biāo)志(-O)將把__debug__設(shè)置為false并刪除調(diào)試消息。因此，如果在生產(chǎn)環(huán)境中使用-O運(yùn)行代碼，就不必?fù)?dān)心調(diào)試過(guò)程中被遺忘的打印調(diào)用，因?yàn)樗鼈兌疾粫?huì)顯示。

創(chuàng)建自己魔法方法？

我們可以創(chuàng)建自己的方法和屬性嗎?是的，你可以，但你不應(yīng)該這么做。

雙下劃線名稱是為Python語(yǔ)言的未來(lái)擴(kuò)展保留的，不應(yīng)該用于自己的代碼。如果你決定在你的代碼中使用這樣的名稱，那么將來(lái)如果它們被添加到Python解釋器中，這就與你的代碼不兼容了。所以對(duì)于這些方法，我們只要記住和使用就好了。