深入理解 python 虚拟机：花里胡哨的魔术方法

在本篇文章当中主要给大家介绍在 cpython 当中一些比较花里胡哨的魔术方法，以帮助我们自己实现比较花哨的功能，当然这其中也包含一些也非常实用的魔术方法。

(相关资料图)

深入分析 hash 方法

在 Python 中，__hash__()方法是一种特殊方法（也称为魔术方法或双下划线方法），用于返回对象的哈希值。哈希值是一个整数，用于在字典（dict）和集合（set）等数据结构中进行快速查找和比较。__hash__()方法在创建自定义的可哈希对象时非常有用，例如自定义类的实例，以便可以将这些对象用作字典的键或集合的元素。

下面是一些需要注意的问题和示例来帮助理解 __hash__()方法：

如果两个对象相等（根据 __eq__()方法的定义），它们的哈希值应该相等。即，如果 a == b为真，则 hash(a) == hash(b)也为真，这一点非常重要，因为我们在使用集合和字典的时候，就需要保证容器当中每种对象只能够有一个，如果不满足这个条还的话，那么就可能会导致同一种对象在容器当中会存在多个。重写 __hash__()方法通常需要同时重写 __eq__()方法，以确保对象的相等性和哈希值的一致性。如果对象没有定义 __eq__方法，那么也不要定义 __hash__方法，因为如果遇到哈希值相等的对象时候，如果无法对两个对象进行比较的话，那么也会导致容易当中有多个相同的对象。

import randomclass Person:    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age    def __eq__(self, other):        return self.name == other.name and self.age == other.age    def __hash__(self):        return hash((self.name, self.age)) + random.randint(0, 1024)    def __repr__(self):        return f"[name={self.name}, age={self.age}]"person1 = Person("Alice", 25)person2 = Person("Alice", 25)print(hash(person1))  print(hash(person2))  container = set()container.add(person1)container.add(person2)print(container)

在上面代码当中我们重写了 __hash__函数，但是对象的哈希值每次调用的时候我们都加入一个随机数，因此即使 name 和 age 都相等，如果 hash 值不想等，那么可能会造成容器当中存在多个相同的对象，上面的代码就会造成相同的对象，上面的程序输出结果如下所示：

19300835691563183181930083569156318292{[name=Alice, age=25], [name=Alice, age=25]}

如果重写上面的类对象：

class Person:    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age    def __eq__(self, other):        return self.name == other.name and self.age == other.age    def __hash__(self):        return hash((self.name, self.age))    def __repr__(self):        return f"[name={self.name}, age={self.age}]"

那么容器器当中只会有一个对象。

如果我们只重写了 __hash__方法的时候也会造成容器当中有多个相同的对象。

class Person:    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age    # def __eq__(self, other):    #     return self.name == other.name and self.age == other.age    def __hash__(self):        return hash((self.name, self.age)) # + random.randint(0, 1024)    def __repr__(self):        return f"[name={self.name}, age={self.age}]"

这是因为如果哈希值相同的时候还需要在比较两个对象是否相等，如果相等那么就不需要将这个对象保存到容器当中，如果不相等那么将会将这个对象加入到容器当中。

bool 方法

在 Python 中，object.__bool__()方法是一种特殊方法，用于定义对象的布尔值。它在使用布尔运算符（如 if语句和逻辑运算）时自动调用。__bool__()方法应该返回一个布尔值，表示对象的真值。如果 __bool__()方法未定义，Python 将尝试调用 __len__()方法来确定对象的真值。如果 __len__()方法返回零，则对象被视为假；否则，对象被视为真。

下面是一些需要注意的事项来帮助理解 __bool__()方法：

__bool__()方法在对象被应用布尔运算时自动调用。例如，在 if语句中，对象的真值由 __bool__()方法确定。__bool__()方法应该返回一个布尔值（True或 False）。如果 __bool__()方法未定义，Python 将尝试调用 __len__()方法来确定对象的真值。当对象的长度为零时，即 __len__()方法返回零，对象被视为假；否则，对象被视为真。如果既未定义 __bool__()方法，也未定义 __len__()方法，则对象默认为真。

下面是一个示例，展示了如何在自定义类中使用 __bool__()方法：

class NonEmptyList:    def __init__(self, items):        self.items = items        def __bool__(self):        return len(self.items) > 0my_list = NonEmptyList([1, 2, 3])if my_list:    print("The list is not empty.")else:    print("The list is empty.")

对象的属性访问

在Python中，我们可以通过一些特殊方法来定制属性访问的行为。本文将深入介绍这些特殊方法，包括__getitem__()、__setitem__()、__delitem__()和__getattr__()方法，以帮助更好地理解属性访问的机制和应用场景。

__getitem__()方法是用于索引操作的特殊方法。当我们通过索引访问对象的属性时，Python会自动调用该方法，并传入索引值作为参数。我们可以在该方法中实现对属性的获取操作，并返回相应的值。

class MyList:    def __init__(self):        self.data = []        def __getitem__(self, index):        return self.data[index]my_list = MyList()my_list.data = [1, 2, 3]print(my_list[1])  # 输出: 2

在上面的例子中，我们定义了一个名为MyList的类，它具有一个属性data，该属性是一个列表。通过重写__getitem__()方法，我们使得可以通过索引来访问MyList对象的data属性。当我们使用my_list[1]的形式进行索引操作时，Python会自动调用__getitem__()方法，并将索引值1作为参数传递给该方法。

__setitem__()方法用于属性的设置操作，即通过索引为对象的属性赋值。当我们使用索引操作并赋值给对象的属性时，Python会自动调用__setitem__()方法，并传入索引值和赋值的值作为参数。

class MyList:    def __init__(self):        self.data = [0 for i in range(2)]    def __setitem__(self, index, value):        self.data[index] = valuemy_list = MyList()my_list[0] = 1my_list[1] = 2print(my_list.data)  # 输出: [1, 2]

在上述示例中，我们重写了__setitem__()方法来实现对对象属性的设置操作。当我们执行my_list[0] = 1和my_list[1] = 2的赋值操作时，Python会自动调用__setitem__()方法，并将索引值和赋值的值传递给该方法。在__setitem__()方法中，我们将值赋给了对象的data属性的相应索引位置。

__delitem__()方法用于删除对象属性的特殊方法。当我们使用del语句删除对象属性时，Python会自动调用__delitem__()方法，并传入要删除的属性的索引值作为参数。

class MyDict:        def __init__(self):        self.data = dict()    def __delitem__(self, key):        print("In __delitem__")        del self.data[key]obj = MyDict()obj.data["key"] = "val"del obj["key"] # 输出 In __delitem__

__getattr__()是一个特殊方法，用于在访问不存在的属性时自动调用。它接收一个参数，即属性名，然后返回相应的值或引发 AttributeError异常。

class MyClass:    def __getattr__(self, name):        if name == "color":            return "blue"        else:            raise AttributeError(f""MyClass" object has no attribute "{name}"")my_obj = MyClass()print(my_obj.color)  # 输出: blueprint(my_obj.size)   # 引发 AttributeError: "MyClass" object has no attribute "size"

在上面的示例中，当访问 my_obj.color时，由于 color属性不存在，Python 会自动调用 __getattr__()方法，并返回预定义的值 "blue"。而当访问 my_obj.size时，由于该属性也不存在，__getattr__()方法会引发 AttributeError异常。

__setattr__()是一个特殊方法，用于在设置属性值时自动调用。它接收两个参数，即属性名和属性值。我们可以在该方法中对属性进行处理、验证或记录。

class MyClass:    def __init__(self):        self.color = "red" # 输出：Setting attribute "color" to "red"    def __setattr__(self, name, value):        print(f"Setting attribute "{name}" to "{value}"")        super().__setattr__(name, value)my_obj = MyClass()my_obj.color = "blue"  # 输出: Setting attribute "color" to "blue"

当我们使用 . 的方式去访问对象属性的时候，首先会调用对象的 __getattribute__函数，如果属性不存在才会调用 __getattr__。当 __getattribute__方法无法找到指定的属性时，Python 会调用 __getattr__方法。以下是在之前的示例类 CustomClass上添加 __getattr__方法的代码：

class CustomClass:    def __init__(self):        self.attribute = "Hello, world!"    def __getattribute__(self, name):        print(f"Accessing attribute: {name}")        return super().__getattribute__(name)    def __getattr__(self, name):        print(f"Attribute {name} not found")        return None

在这个示例中，我们在 CustomClass中添加了 __getattr__方法。当 __getattribute__方法无法找到指定的属性时，会自动调用 __getattr__方法，并打印出属性名称 "attribute" 以及未找到属性的提示信息。

我们执行下面的代码：

obj = CustomClass()print(obj.attribute)print(obj.nonexistent_attribute)

输出结果如下所示：

Accessing attribute: attributeHello, world!Accessing attribute: nonexistent_attributeAttribute nonexistent_attribute not foundNone

首先，我们访问存在的属性 attribute，此时 __getattribute__方法被调用，并打印出属性名称 "attribute"，然后返回属性的实际值 "Hello, world!"。接着，我们尝试访问不存在的属性 nonexistent_attribute，由于 __getattribute__方法无法找到该属性，因此会调用 __getattr__方法，并打印出属性名称 "nonexistent_attribute" 以及未找到属性的提示信息，然后返回 None。

上下文管理器

当我们需要在特定的代码块执行前后进行一些操作时，上下文管理器是一种非常有用的工具。上下文管理器可以确保资源的正确分配和释放，无论代码块是否出现异常。在Python中，我们可以通过实现 __enter__和 __exit__方法来创建自定义的上下文管理器。

下面是一个简单的上下文管理器示例，展示了如何使用 object.__enter__和 object.__exit__方法来创建一个文件操作的上下文管理器：

class FileContextManager:    def __init__(self, filename, mode):        self.filename = filename        self.mode = mode        self.file = None    def __enter__(self):        self.file = open(self.filename, self.mode)        return self.file    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):        self.file.close()with FileContextManager("example.txt", "w") as file:    file.write("Hello, world!")

在上述示例中，FileContextManager类实现了 __enter__和 __exit__方法。在 __enter__方法中，我们打开文件并返回文件对象，这样在 with语句块中就可以使用该文件对象。在 __exit__方法中，我们关闭文件。

无论代码块是否抛出异常，__exit__方法都会被调用来确保文件被正确关闭。这样可以避免资源泄露和文件锁定等问题。使用上下文管理器可以简化代码，并提供一致的资源管理方式，特别适用于需要打开和关闭资源的情况，如文件操作、数据库连接等。

上述上下文管理器的 __exit__方法有三个参数：exc_type、exc_value和 traceback。下面是对这些参数的详细介绍：

exc_type（异常类型）：这个参数表示引发的异常的类型。如果在上下文管理器的代码块中没有引发异常，它的值将为 None。如果有异常被引发，exc_type将是引发异常的类型。

exc_value（异常值）：这个参数表示引发的异常的实例。它包含了关于异常的详细信息，如错误消息。如果没有异常被引发，它的值也将为 None。

traceback（回溯信息）：这个参数是一个回溯对象，它包含了关于异常的堆栈跟踪信息。它提供了导致异常的代码路径和调用关系。如果没有异常被引发，它的值将为 None。

总结

在本篇文章当中主要给大家介绍了一些常用和比较重要的魔术方法，这些方法在我们平时用的可能也比较多，比如 hash 和 eq 还有对象的属性访问，为了方便异常处理可以使用 exit 和 enter 这个方法，其实还有很多其他的魔术方法，这些方法在 python 官网都有介绍，可以直接访问 https://docs.python.org/3/reference/datamodel.html 。

本篇文章是深入理解 python 虚拟机系列文章之一，文章地址：https://github.com/Chang-LeHung/dive-into-cpython

更多精彩内容合集可访问项目：https://github.com/Chang-LeHung/CSCore

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