有些事情让我不安,比如运算符重载。我决定不支持运算符重载,这完全是个人选择,因为我见过太多 C++ 程序员滥用它。
——James Gosling
Java 之父
运算符重载的作用是让用户定义的对象使用中缀运算符(如 + 和 |)或一元运算符(如 - 和 ~)。说得宽泛一些,在 Python 中,函数调用(())、属性访问(.)和元素访问 / 切片([])也是运算符。
我们为 Vector 类简略实现了几个运算符。__add__ 和 __mul__ 方法是为了展示如何使用特殊方法重载运算符,不过有些小问题被我们忽视了。此外,我们定义的Vector2d.__eq__ 方法认为 Vector(3, 4) == [3, 4] 是真的(True),这可能并不合理。
运算符重载基础
在某些圈子中,运算符重载的名声并不好。这个语言特性可能(已经)被滥用,让程序员困惑,导致缺陷和意料之外的性能瓶颈。但是,如果使用得当,API 会变得好用,代码会变得易于阅读。Python 施加了一些限制,做好了灵活性、可用性和安全性方面的平衡:
- 不能重载内置类型的运算符
- 不能新建运算符,只能重载现有的
- 某些运算符不能重载——is、and、or 和 not(不过位运算符
- &、| 和 ~ 可以)
前面的博文已经为 Vector 定义了一个中缀运算符,即 ==,这个运算符由__eq__ 方法支持。我们将改进 __eq__ 方法的实现,更好地处理不是Vector 实例的操作数。然而,在运算符重载方面,众多比较运算符(==、!=、>、<、>=、<=)是特例,因此我们首先将在 Vector 中重载四个算术运算符:一元运算符 - 和 +,以及中缀运算符 + 和 *。
一元运算符
-(__neg__)
一元取负算术运算符。如果 x 是 -2,那么 -x == 2。
+(__pos__)
一元取正算术运算符。通常,x == +x,但也有一些例外。如果好奇,请阅读“x 和 +x 何时不相等”附注栏。
~(__invert__)
对整数按位取反,定义为 ~x == -(x+1)。如果 x 是 2,那么 ~x== -3。
支持一元运算符很简单,只需实现相应的特殊方法。这些特殊方法只有一个参数,self。然后,使用符合所在类的逻辑实现。不过,要遵守运算符的一个基本规则:始终返回一个新对象。也就是说,不能修改self,要创建并返回合适类型的新实例。
对 - 和 + 来说,结果可能是与 self 同属一类的实例。多数时候,+ 最好返回 self 的副本。abs(...) 的结果应该是一个标量。但是对 ~ 来说,很难说什么结果是合理的,因为可能不是处理整数的位,例如在ORM 中,SQL WHERE 子句应该返回反集。
def __abs__(self):
return math.sqrt(sum(x * x for x in self)) def __neg__(self):
return Vector(-x for x in self) #为了计算 -v,构建一个新 Vector 实例,把 self 的每个分量都取反 def __pos__(self):
return Vector(self) #为了计算 +v,构建一个新 Vector 实例,传入 self 的各个分量
x 和 +x 何时不相等
每个人都觉得 x == +x,而且在 Python 中,几乎所有情况下都是这样。但是,我在标准库中找到两例 x != +x 的情况。
第一例与 decimal.Decimal 类有关。如果 x 是 Decimal 实例,在算术运算的上下文中创建,然后在不同的上下文中计算 +x,那么 x!= +x。例如,x 所在的上下文使用某个精度,而计算 +x 时,精度变了,例如下面的