编写符合Python风格的对象

导语：本文章记录了本人在学习Python基础之面向对象篇的重点知识及个人心得，打算入门Python的朋友们可以来一起学习并交流。

本文重点：

1、掌握编写Pythonic code背后常用的特殊方法；
2、掌握可扩展的格式化输出方法；
3、了解可散列对象的设置以及节省内存的__slots__对象。

一、自定义具有Python风格的类

自定义的向量类需要支持基本的输出，迭代，求模。

1、自定义向量类型

从自定义向量类型入手写出符合Python风格的对象，这离不开特殊方法的支持。
我们期望的自定义向量类型应支持的基本功能：

• 构造，__init__
• 输出，__repr__和__str__
• 迭代，__iter__
• 求模，__abs__
• 转化为字节序列，__bytes__

代码实现如下：

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、使用一个类方法实现备选构造方法

我们能将实例转化为字节序列，那么也应构造一个将实例转化为字节序列的方法。

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

memoryview是泛化和去数学化的数组。

3、classmethod和staticmethod两个装饰器

classmethod：定义操作类而不是操作实例的方法，类方法的第一个参数是类本身而不是实例。最常见的用途是定义备选构造方法（返回cls(*)）

staticmethod:是普通的函数，只是碰巧在类的定义体中，而不是在模块层定义。

二、格式化显示

1、扩展内置的format函数

通过改写format背后的__format__可以写出可扩展的格式。
实例1：实现format对向量类的处理

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

实例2：通过尾部自定义格式代码p实现将直角坐标向量转化为极坐标向量。

    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)

本段代码的重点在于判断格式中是否存在自定义格式符p，并进行对应的格式处理。

三、将对象变为可散列的

目前的向量是不可散列的，而可散列对象需要满足：

(1)支持hash()函数，并且通过hash()得到的散列值是不变的；
(2)支持通过__eq__()方法来检测相等性；
(3)若a==b为真，则hash(a)=hash(b)也为真。

所以我们需要把对象定为不可变，然后自定义__hash__。

1、将对象定为不可变的

通过使用两个前导下划线。将属性标记为私有的。

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

2、自定义__hash__()

使用异或运算符实现。

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

四、其它

1、只读属性的设置

• 私有属性的设置只是避免修改方法意外访问不应更改的值，而无法防止有意的改动。
• 通过__dict__属性可以查询Python如何存储向量的属性名，然后只要编写a._Vector2d__x=5这样的代码就会恶意赋值。
• Python程序员约定使用一个下划线前缀编写“受保护”的属性即self._x，他们认为应该使用命名约定来避免意外覆盖属性。

2、利用__slots__节省内存

默认情况下，Python在各个实例中名为__dict__的字典中储存实例属性，相应地会消耗大量内存。
通过__slots__类属性，并让解释器把实例属性存储在元组中，可以节省大量内存。

class Vector2d:
    __slots__ = ('__x','__y')
    typecode='d'
#其他方法实现省略

使用__slots__应注意的问题：

• __slots__无法从超类继承而来，每个子类都需要定义__slots__属性；
• 实例只能拥有__slots__中列出的属性，除非把'__dict__'加入到__slots__中（这样做就失去了节省内存的初衷）
• 如果不把'weakref__'加入__slots__，实例就不能作为弱引用的目标。

当处理的实例规模较小时，禁止创建动态属性或不支持弱引用是比较好的选择。

3、覆盖类属性

通过创建子类可以把继承自父类的实例属性覆盖掉。

class Shortvector2d(Vector2d):
    typecode = 'f'
#其它方法实现省略