文章目錄

• • 9.1 對象表示形式
  • 9.2 再談向量類
  • 9.3 備選構(gòu)造方法
  • 9.4 classmethod與staticmethod
  • 9.5 格式化顯示
  • 9.6 可散列的Vector2d
  • 什么是可散列的數(shù)據(jù)類型
  • 9.6 可散列的Vector
  • 9.7 Python的私有屬性和“受保護的”屬性
  • 9.8 使用 __slots__ 類屬性節(jié)省空間

本章包含以下話題：

• 支持用于生成對象其他表示形式的內(nèi)置函數(shù)（如 repr()、bytes()，等等）
• 使用一個類方法實現(xiàn)備選構(gòu)造方法
• 擴展內(nèi)置的 format() 函數(shù)和 str.format() 方法使用的格式微語言
• 實現(xiàn)只讀屬性
• 把對象變?yōu)榭缮⒘械?#xff0c;以便在集合中及作為 dict 的鍵使用
• 利用 _slots_ 節(jié)省內(nèi)存。

我們將開發(fā)一個簡單的二維歐幾里得向量類型，在這個過程中涵蓋上述全部話題。
在實現(xiàn)這個類型的中間階段，我們會討論兩個概念：

• 如何以及何時使用 @classmethod 和 @staticmethod 裝飾器
• Python 的私有屬性和受保護屬性的用法、約定和局限
  我們從對象表示形式函數(shù)開始。

9.1 對象表示形式

每門面向?qū)ο蟮恼Z言至少都有一種獲取對象的字符串表示形式的標準方式。Python 提供了
兩種方式。

• repr()
  以便于開發(fā)者理解的方式返回對象的字符串表示形式。
• str()
  以便于用戶理解的方式返回對象的字符串表示形式。

為了給對象提供其他的表示形式，還會用到另外兩個特殊方法：_bytes_ 和_format_。_bytes_ 方法與 _str_ 方法類似：bytes() 函數(shù)調(diào)用它獲取對象的字節(jié)序列表示形式。而 _format_ 方法會被內(nèi)置的 format() 函數(shù)和 str.format() 方法調(diào)用，使用特殊的格式代碼顯示對象的字符串表示形式。
記住，在 Python 3 中，

• _repr_、_str_ 和 _format_ 都必須返回 Unicode 字符串（str 類型）。
• 只有_bytes_ 方法應該返回字節(jié)序列（bytes 類型）

9.2 再談向量類

from array import array import mathclass Vector2d:typecode='d'# typecode是類屬性def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = ydef __iter__(self):return (i for i in (self.x, self.y))def __repr__(self):class_name = type(self).__name__return '{}{!r},{!r}'.format(class_name, *self)def __str__(self):return str(tuple(self))def __bytes__(self): # 生成實例的二進制表示形式return (bytes([ord(self.typecode)]) + bytes(array(self.typecode, self)))def __eq__(self, other):return tuple(self) == tuple(other)def __abs__(self):return math.hypot(self.x, self.y) #模是 x 和 y 分量構(gòu)成的直角三角形的斜邊長def __bool__(self):return bool(abs(self))v1 = Vector2d(3, 4) print(v1.x, v1.y) x, y = v1 print(x, y) print(v1) v1_clone = eval(repr(v1)) print(v1_clone == v1) print(v1) octets = bytes(v1) print(octets) print(abs(v1))

9.3 備選構(gòu)造方法

我們可以把 Vector2d 實例轉(zhuǎn)換成字節(jié)序列了；同理，也應該能從字節(jié)序列轉(zhuǎn)換成Vector2d 實例。在標準庫中探索一番之后，我們發(fā)現(xiàn) array.array 有個類方法.frombytes（2.9.1 節(jié)介紹過）正好符合需求。下面在 vector2d_v1.py（見示例 9-3）中為Vector2d 定義一個同名類方法。

@classmethod ? def frombytes(cls, octets): ?typecode = chr(octets[0]) ?memv = memoryview(octets[1:]).cast(typecode) ?return cls(*memv) ?

? 類方法使用 classmethod 裝飾器修飾。
? 不用傳入 self 參數(shù)；相反，要通過 cls 傳入類本身。
? 從第一個字節(jié)中讀取 typecode。
? 使用傳入的 octets 字節(jié)序列創(chuàng)建一個 memoryview，然后使用 typecode 轉(zhuǎn)換。
2.9.2 節(jié)簡單介紹過 memoryview，說明了它的 .cast 方法。
? 拆包轉(zhuǎn)換后的 memoryview，得到構(gòu)造方法所需的一對參數(shù)。

9.4 classmethod與staticmethod

先來看 classmethod。示例 9-3 展示了它的用法：定義操作類，而不是操作實例的方法。classmethod 改變了調(diào)用方法的方式，因此類方法的第一個參數(shù)是類本身，而不是實例。classmethod 最常見的用途是定義備選構(gòu)造方法，例如示例 9-3 中的
frombytes。注意，frombytes 的最后一行使用 cls 參數(shù)構(gòu)建了一個新實例，即cls(*memv)。按照約定，類方法的第一個參數(shù)名為 cls（但是 Python 不介意具體怎么命名）。
staticmethod 裝飾器也會改變方法的調(diào)用方式，但是第一個參數(shù)不是特殊的值。其實，靜態(tài)方法就是普通的函數(shù)，只是碰巧在類的定義體中，而不是在模塊層定義。

>>> class Demo: ... @classmethod ... def klassmeth(*args): ... return args ... @staticmethod ... def statmeth(*args): ... return args ... >>> Demo.klassmeth() (<class '__main__.Demo'>,) >>> Demo.statmeth() () >>> Demo.klassmeth('spam') (<class '__main__.Demo'>, 'spam')

9.5 格式化顯示

內(nèi)置的 format() 函數(shù)和 str.format() 方法把各個類型的格式化方式委托給相應的.format(format_spec) 方法。format_spec 是格式說明符，它是：format(my_obj, format_spec) 的第二個參數(shù)，或者str.format() 方法的格式字符串，{} 里代換字段中冒號后面的部分。
例如：

>>> br1 = 1/2.43 >>> br1 0.4115226337448559 >>> format(br1, '0.4f') '0.4115' >>> '1 BRL={rate:0.2f} USD'.format(rate=br1) '1 BRL=0.41 USD'

格式規(guī)范微語言為一些內(nèi)置類型提供了專用的表示代碼。比如，b 和 x 分別表示二進制和十六進制的 int 類型，f 表示小數(shù)形式的 float 類型，而 % 表示百分數(shù)形式：

>>> format(42,'b') '101010' >>> format(2/3, '.1%') '66.7%'

下面是內(nèi)置的 format() 函數(shù)和 str.format() 方法的幾個示例

>>> from datetime import datetime >>> now= datetime.now() >>> format(now, '%H:%M:%S') '18:35:23' >>> "Its now {:%I:%M %p}".format(now) 'Its now 06:35 PM'

如果類沒有定義 format 方法，從 object 繼承的方法會返回 str(my_object)。我
們?yōu)?Vector2d 類定義了 str 方法，因此可以這樣做：

>>> v1 = Vector2d(3, 4) >>> format(v1) '(3.0, 4.0)'

然而，如果傳入格式說明符，object.format 方法會拋出 TypeError：

>>> format(v1, '.3f') Traceback (most recent call last): ... TypeError: non-empty format string passed to object.__format__

我們將實現(xiàn)自己的微語言來解決這個問題。首先，假設用戶提供的格式說明符是用于格式
化向量中各個浮點數(shù)分量的。我們想達到的效果是：

>>> v1 = Vector2d(3, 4) >>> format(v1) '(3.0, 4.0)' >>> format(v1, '.2f') '(3.00, 4.00)' >>> format(v1, '.3e') '(3.000e+00, 4.000e+00)'

實現(xiàn)這種輸出的 format 方法如示例 9-5 所示。
示例 9-5 Vector2d._format_ 方法，第 1 版

# 在Vector2d類中定義 def __format__(self, fmt_spec=''):components = (format(c, fmt_spec) for c in self) return '({}, {})'.format(*components)

對極坐標來說，我們已經(jīng)定義了計算模的 abs 方法，因此還要定義一個簡單的
angle 方法，使用 math.atan2() 函數(shù)計算角度。angle 方法的代碼如下：

# 在Vector2d類中定義 def angle(self):return math.atan2(self.y, self.x)

這樣便可以增強 format 方法，計算極坐標，如示例 9-6 所示。
示例 9-6 Vector2d.format 方法，第 2 版，現(xiàn)在能計算極坐標了

def __format__(self, fmt_spec=''):if fmt_spec.endswith('p'): fmt_spec = fmt_spec[:-1] coords = (abs(self), self.angle()) outer_fmt = '<{}, {}>' else:coords = self outer_fmt = '({}, {})' components = (format(c, fmt_spec) for c in coords) return outer_fmt.format(*components)

9.6 可散列的Vector2d

按照定義，目前 Vector2d 實例是不可散列的，因此不能放入集合（set）中：

>>> v1 = Vector2d(3, 4) >>> hash(v1) Traceback (most recent call last): ... TypeError: unhashable type: 'Vector2d' >>> set([v1]) Traceback (most recent call last): ... TypeError: unhashable type: 'Vector2d'

為了把 Vector2d 實例變成可散列的，必須使用 hash 方法（還需要 eq 方法，前面已經(jīng)實現(xiàn)了）。

什么是可散列的數(shù)據(jù)類型

可散列的（hashable）
在散列值永不改變，而且如果 a == b，那么 hash(a) == hash(b) 也是 True 的情況下，如果對象既有 _hash_ 方法，也有 _eq_ 方法，那么這樣的對象稱為可散列的對象。在內(nèi)置的類型中，大多數(shù)不可變的類型都是可散列的；但是，僅當元組的每一個元素都是可散列的時，元組才是可散列的。

• 如果一個對象是可散列的，那么在這個對象的生命周期中，它的散列值是不變的，而且這個對象需要實現(xiàn) _hash_() 方法。另外可散列對象還要有_eq_() 方法，這樣才能跟其他鍵做比較。如果兩個可散列對象是相等的，那么它們的散列值一定是一樣的……
• 原子不可變數(shù)據(jù)類型（str、bytes 和數(shù)值類型）都是可散列類型，frozenset 也是可散列的，因為根據(jù)其定義，frozenset 里只能容納可散列類型。元組的話，只有當一個元組包含的所有元素都是可散列類型的情況下，它才是可散列的。

有這么一句話“Python 里所有的不可變類型都是可散列的”。這個說法其實是不準確的，比如雖然元組本身是不可變序列，它里面的元素可能是其他可變類型的引用。

一般來講用戶自定義的類型的對象都是可散列的，散列值就是它們的 id() 函數(shù)的返回值，所以所有這些對象在比較的時候都是不相等的。如果一個對象實現(xiàn)了 _eq_ 方法，并且在方法中用到了這個對象的內(nèi)部狀態(tài)的話，那么只有當所有這些內(nèi)部狀態(tài)都是不可變的情況下，這個對象才是可散列的。

9.6 可散列的Vector

from array import array import mathclass Vector2d:typecode='d'# typecode是類屬性def __init__(self, x, y):self.__x = float(x) #使用兩個前導下劃線（尾部沒有下劃線，或者有一個下劃線），把屬性標記為私有self.__y = float(y)@property # @property 裝飾器把讀值方法標記為特性def x(self):return self.__x@propertydef y(self):return self.__ydef __iter__(self):return (i for i in (self.x, self.y))def __repr__(self):class_name = type(self).__name__return '{}{!r},{!r}'.format(class_name, *self)def __str__(self):return str(tuple(self))def __bytes__(self): # 生成實例的二進制表示形式return (bytes([ord(self.typecode)]) + bytes(array(self.typecode, self)))def __eq__(self, other):return tuple(self) == tuple(other)def __abs__(self):return math.hypot(self.x, self.y) #模是 x 和 y 分量構(gòu)成的直角三角形的斜邊長def __bool__(self):return bool(abs(self))v1 = Vector2d(3, 4)

注意，我們讓這些向量不可變是有原因的，因為這樣才能實現(xiàn) hash 方法。這個方法應該返回一個整數(shù)，理想情況下還要考慮對象屬性的散列值（eq 方法也要使用），因為相等的對象應該具有相同的散列值。
要想創(chuàng)建可散列的類型，不一定要實現(xiàn)特性，也不一定要保護實例屬性。只需正確地實現(xiàn) hash 和 eq 方法即可。但是，實例的散列值絕不應該變化，因此我們借機提到了只讀特性。
如果定義的類型有標量數(shù)值，可能還要實現(xiàn) int 和 float 方法（分別被 int()和 float() 構(gòu)造函數(shù)調(diào)用），以便在某些情況下用于強制轉(zhuǎn)換類型。此外，還有用于支持內(nèi)置的 complex() 構(gòu)造函數(shù)的 complex 方法。Vector2d 或許應該提供
complex 方法。

9.7 Python的私有屬性和“受保護的”屬性

Python 不能像 Java 那樣使用 private 修飾符創(chuàng)建私有屬性，但是 Python 有個簡單的機制，能避免子類意外覆蓋“私有”屬性。
舉個例子。有人編寫了一個名為 Dog 的類，這個類的內(nèi)部用到了 mood 實例屬性，但是沒有將其開放。現(xiàn)在，你創(chuàng)建了 Dog 類的子類：Beagle。如果你在毫不知情的情況下又創(chuàng)建了名為 mood 的實例屬性，那么在繼承的方法中就會把 Dog 類的 mood 屬性覆蓋掉。這是個難以調(diào)試的問題。
為了避免這種情況，如果以__mood 的形式（兩個前導下劃線，尾部沒有或最多有一個下劃線）命名實例屬性，Python 會把屬性名存入實例的__dict__ 屬性中，而且會在前面加上一個下劃線和類名。因此，對 Dog 類來說，__mood 會變成 _Dog__mood；對 Beagle類來說，會變成 _Beagle__mood。這個語言特性叫名稱改寫（name mangling）。

示例 9-10 私有屬性的名稱會被“改寫”，在前面加上下劃線和類名 >>> v1 = Vector2d(3, 4) >>> v1.__dict__ {'_Vector2d__y': 4.0, '_Vector2d__x': 3.0} >>> v1._Vector2d__x 3.0

名稱改寫是一種安全措施，不能保證萬無一失：它的目的是避免意外訪問，不能防止故意做錯事。

9.8 使用 slots 類屬性節(jié)省空間

默認情況下，Python 在各個實例中名為 dict 的字典里存儲實例屬性。如 3.9.3 節(jié)所述，為了使用底層的散列表提升訪問速度，字典會消耗大量內(nèi)存。如果要處理數(shù)百萬個屬性不多的實例，通過 slots 類屬性，能節(jié)省大量內(nèi)存，方法是讓解釋器在元組中存儲實例屬性，而不用字典。
定義 slots 的方式是，創(chuàng)建一個類屬性，使用 slots 這個名字，并把它的值設為一個字符串構(gòu)成的可迭代對象，其中各個元素表示各個實例屬性。我喜歡使用元組，因為這樣定義的 slots 中所含的信息不會變化。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[python 进阶] ９. 符合Python风格的对象的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。