編寫符合Python風格的對象

ethernet 發布于2019-07-30 15:27 / 1523人閱讀

摘要：自定義向量類型從自定義向量類型入手寫出符合風格的對象，這離不開特殊方法的支持。將對象定為不可變的通過使用兩個前導下劃線。程序員約定使用一個下劃線前綴編寫受保護的屬性即，他們認為應該使用命名約定來避免意外覆蓋屬性。

導語：本文章記錄了本人在學習Python基礎之面向對象篇的重點知識及個人心得，打算入門Python的朋友們可以來一起學習并交流。

本文重點：

1、掌握編寫Pythonic code背后常用的特殊方法；
2、掌握可擴展的格式化輸出方法；
3、了解可散列對象的設置以及節省內存的__slots__對象。

一、自定義具有Python風格的類

自定義的向量類需要支持基本的輸出，迭代，求模。

1、自定義向量類型

從自定義向量類型入手寫出符合Python風格的對象，這離不開特殊方法的支持。
我們期望的自定義向量類型應支持的基本功能：

構造，__init__

輸出，__repr__和__str__

迭代，__iter__

求模，__abs__

轉化為字節序列，__bytes__

代碼實現如下：

import math
from array import array
class Vector2d:
    typecode="d"
    def __init__(self,x,y):
        self.x=float(x)
        self.y=float(y)

    def __str__(self):
        return str(tuple(self))

    def __iter__(self):
        return (i for i in (self.x,self.y))

    def __repr__(self):
        classname=type(self).__name__
        s="{}({},{})".format(classname,*self)
        return s

    def __abs__(self):
        return math.hypot(self.x,self.y)

    def __bytes__(self):
        return (bytes(self.typecode,encoding="utf-8")+
                bytes(array(self.typecode,self)))

2、使用一個類方法實現備選構造方法

我們能將實例轉化為字節序列，那么也應構造一個將實例轉化為字節序列的方法。

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

memoryview是泛化和去數學化的數組。

3、classmethod和staticmethod兩個裝飾器

classmethod：定義操作類而不是操作實例的方法，類方法的第一個參數是類本身而不是實例。最常見的用途是定義備選構造方法（返回cls(*)）

staticmethod:是普通的函數，只是碰巧在類的定義體中，而不是在模塊層定義。

二、格式化顯示 1、擴展內置的format函數

通過改寫format背后的__format__可以寫出可擴展的格式。
實例1：實現format對向量類的處理

     def __format__(self,fmt_spec=""):
        components=(format(v,fmt_spec)for v in self)
        return "({},{})".format(*components)

實例2：通過尾部自定義格式代碼p實現將直角坐標向量轉化為極坐標向量。

    def __format__(self,fmt_spec=""):
        if fmt_spec[-1]=="p":
            coord=(abs(self),self.angle())
            spec=fmt_spec[:-1]
            components=(format(v,spec)for v in coord)
            outer="<{},{}>"
        else:
            coord=self
            components = (format(v, fmt_spec) for v in self)
            outer = "({},{})"
        return outer.format(*components)

本段代碼的重點在于判斷格式中是否存在自定義格式符p，并進行對應的格式處理。

三、將對象變為可散列的

目前的向量是不可散列的，而可散列對象需要滿足：

(1)支持hash()函數，并且通過hash()得到的散列值是不變的；
(2)支持通過__eq__()方法來檢測相等性；
(3)若a==b為真，則hash(a)=hash(b)也為真。

所以我們需要把對象定為不可變，然后自定義__hash__。

1、將對象定為不可變的

通過使用兩個前導下劃線。將屬性標記為私有的。

    @property
    def x(self):
        return self.__x
    @property
    def y(self):
        return self.__y

2、自定義__hash__()

使用異或運算符實現。

    def __hash__(self):
        return hash(self.x)^hash(self.y)

四、其它 1、只讀屬性的設置

私有屬性的設置只是避免修改方法意外訪問不應更改的值，而無法防止有意的改動。

通過__dict__屬性可以查詢Python如何存儲向量的屬性名，然后只要編寫a._Vector2d__x=5這樣的代碼就會惡意賦值。

Python程序員約定使用一個下劃線前綴編寫“受保護”的屬性即self._x，他們認為應該使用命名約定來避免意外覆蓋屬性。

2、利用__slots__節省內存

默認情況下，Python在各個實例中名為__dict__的字典中儲存實例屬性，相應地會消耗大量內存。
通過__slots__類屬性，并讓解釋器把實例屬性存儲在元組中，可以節省大量內存。

class Vector2d:
    __slots__ = ("__x","__y")
    typecode="d"
#其他方法實現省略

使用__slots__應注意的問題：

__slots__無法從超類繼承而來，每個子類都需要定義__slots__屬性；

實例只能擁有__slots__中列出的屬性，除非把"__dict__"加入到__slots__中（這樣做就失去了節省內存的初衷）

如果不把"weakref__"加入__slots__，實例就不能作為弱引用的目標。

當處理的實例規模較小時，禁止創建動態屬性或不支持弱引用是比較好的選擇。

3、覆蓋類屬性

通過創建子類可以把繼承自父類的實例屬性覆蓋掉。

class Shortvector2d(Vector2d):
    typecode = "f"
#其它方法實現省略

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