聊聊Python中常見魔法方法

什麼是魔法方法？

魔法方法(Magic Methods)是Python中的內建函數，一般以雙底線開頭和結尾，例如__init__、__del__等。之所以稱之為魔法方法，是因為這些方法會在進行特定的操作時會自動被呼叫。

在Python中，可以透過dir()方法來查看某個物件的所有方法和屬性，其中雙下劃線開頭和結尾的就是該物件的魔法方法。以字串物件為例：

>>> dir("hello")
['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__',
'__getitem__', '__getnewargs__', '__getslice__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mo
d__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '__rmul__', '__setattr__',
'__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '_formatter_field_name_split', '_formatter_parser', 'capitalize', 'center',
'count', 'decode', 'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'format', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isdigit', 'isl
ower', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lstrip', 'partition', 'replace', 'rfind', 'rindex', '
rjust', 'rpartition', 'rsplit', 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', 'translate'
, 'upper', 'zfill']

可以看到字串物件有__add__方法，所以在Python中可以直接對字串物件使用" "操作，當Python辨識到" "操作時，就會呼叫該物件的__add__方法。有需要時我們可以在自己的類別中重寫__add__方法來完成自己想要的效果。

class A(object):
def __init__(self, str):
self.str = str


• def __add__(self, other):
• print ('overwrite add method')
• return self.str + "---" + other.str


>>>a1 = A("hello")
>>>a2 = A("world")
>>>print (a1 + a2)
>>>overwrite add method
>>>"hello---world"

我們重寫了__add__方法，當Python識別" "操作時，會自動呼叫重寫後的__add__方法。可以看到，魔法方法在類別或物件的某些事件出發後會自動執行，如果希望根據自己的程式自訂特殊功能的類，那麼就需要對這些方法進行重寫。使用魔法方法，我們可以非常方便地為類別添加特殊的功能。

常用的魔法方法

1.建構與初始化

__new__、__init__ 這兩個魔法方法常用於對類別的初始化操作。上面我們建立a1 = A("hello")時，但首先呼叫的是__new__;初始化一個類別分為兩個步驟:    

• a.呼叫該類別的new方法，傳回該類別的實例物件 
• b.呼叫該類別的init方法，對實例物件進行初始化

__new__(cls, *args, **kwargs)至少需要一個cls參數，代表傳入的類別。後面兩個參數傳遞給__init__。在__new__可以決定是否繼續呼叫__init__方法，只有當__new__傳回了目前類別cls的實例，才會接著呼叫__init__。結合__new__方法的特性，我們可以透過重寫__new__方法實現Python的單例模式：

class Singleton(object):
def __init__(self):
print("__init__")

• def __new__(cls, *args, **kwargs):
• print("__new__")
• if not hasattr(Singleton, "_instance"):
• print("创建新实例")
• Singleton._instance = object.__new__(cls)
• return Singleton._instance

>>> obj1 = Singleton()
>>> __new__
>>> 创建新实例
>>> __init__
>>> obj2 = Singleton()
>>> __new__
>>> __init__
>>> print(obj1, obj2)
>>> (<__main__.Singleton object at 0x0000000003599748>, <__main__.Singleton object at 0x0000000003599748>)

可以看到雖然創建了兩個對象，但兩個對象的地址相同。

2.控制屬性存取這類魔法

方法主要對物件的屬性進行存取、定義、修改時起作用。主要有：

• __getattr__(self, name): 定義當使用者試圖取得一個屬性時的行為。
• __getattribute__(self, name)：定義當該類別的屬性被存取時的行為（先呼叫該方法，查看是否存在該屬性，若不存在，接著去呼叫getattr）。
• __setattr__(self, name, value)：定義當一個屬性被設定時的行為。

當初始化屬性時如self.a=a時或修改實例屬性如ins.a=1時本質時調用魔法方法self.__setattr__(name,values)；當實例存取某個屬性如ins.a本質是呼叫魔法方法a.__getattr__(name)

3.容器類別操作

有一些方法可以讓我們自己定義自己的容器，就像Python內建的List,Tuple,Dict等；容器分為可變容器和不可變容器。

如果自訂一個不可變容器的話，只能定義__len__和__getitem__；定義一個可變容器除了不可變容器的所有魔法方法，還需要定義__setitem__和__delitem__；如果容器可迭代。還需要定義__iter__。

• __len__(self):傳回容器的長度
•  __getitem__(self,key):當需要執行self[key]的方式去呼叫容器中的對象，呼叫的是此方法   __setitem__(self,key,value):當需要執行self[key] = value時，呼叫的是該方法
• __iter__(self):當容器可以執行for x in container:，或使用iter(container)時，需要定義該方法

下面舉一個例子，實作一個容器，該容器有List的一般功能，同時增加一些其它功能如訪問第一個元素，最後一個元素,記錄每個元素被存取的次數等。

class SpecialList(object):
def __init__(self, values=None):
self._index = 0
if values is None:
self.values = []
else:
self.values = values
self.count = {}.fromkeys(range(len(self.values)), 0)

def __len__(self):# 通过len(obj)访问容器长度
return len(self.values)

def __getitem__(self, key):# 通过obj[key]访问容器内的对象
self.count[key] += 1
return self.values[key]

def __setitem__(self, key, value):# 通过obj[key]=value去修改容器内的对象
self.values[key] = value

def __iter__(self):# 通过for 循环来遍历容器
return iter(self.values)

def __next__(self):
# 迭代的具体细节
# 如果__iter__返回时self 则必须实现此方法
if self._index >= len(self.values):
raise StopIteration()
value = self.values[self._index]
self._index += 1
return value

def append(self, value):
self.values.append(value)

def head(self):
# 获取第一个元素
return self.values[0]

def last(self):
# 获取最后一个元素
return self.values[-1]

 這類方法的使用場景主要在你需要定義一個滿足需求的容器類別資料結構時會用到，例如可以嘗試自訂實作樹結構、鍊錶等資料結構（在collections中均已有），或專案中需要客製化的一些容器類型。

總結

魔法方法在Python程式碼中能夠簡化程式碼，提高程式碼可讀性，在常見的Python第三方函式庫中可以看到很多對於魔法方法的運用。因此目前這篇文章僅是拋磚引玉，真正的使用需要在開源的優秀源碼中以及自身的工程實踐中不斷加深理解並合適應用。

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