Python 中的运算符重载

一种运算符对于不同类型的对象，有不同的使用方式。例如， + 用于整型对象，表示两个数相加；用于字符串，表示连接这两个字符串。

x, y = 10, 20
print(x + y) # 30

a,b = 'John', 'Wick'
print(a + b) # John Wick

**+**运算符因操作对象的类型的不同而执行不同的操作，这种特性称为重载。

运算符的功能因其操作数据的类型而异，我们称之为重载。

+运算符可以用于任意两个对象的相加吗？我们来试试看。

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

v1 = Vector(3, 4)
v2 = Vector(5, 6)
v1 + v2

---------------------------------------------------------------------------
TypeError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-3-08104d7e1232> in <module>
----> 1 v1 + v2

TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'Vector' and 'Vector'

运行这段代码会报错。为什么呢？这是因为 + 运算符不知道如何把两个 Vector 类的对象相加。

在本文中，我们将研究如何将既有的运算符用于自定义对象的操作，同时我们要牢记 Python 语言对操作符重载的一些限制性规则。

这些限制性规则有：

1. 不允许创建新的运算符，只能重载已有的那些运算符
2. 不允许重载已有数据类型（如 tuple 、 string 、 list）的某些运算符操作
3. 某些运算符不能重载，例如 is, or, and, not

在开始学习运算符重载前，我们需要了解 Python 数据模型 和 特殊方法。

Python 数据模型可以看作一种 “Python 设计方式”或 “Python 框架”。它告诉你 Python 如何管理对象以及如何对它们进行操作。它描述了一系列 API，你可以使用这些 API 使你定义的对象具备已有数据类型的某些功能，并且可以使用大多数 Python 语言的特性，而且不必实现它们。

特殊方法 → 当你使用 len(collection)，Python 解释器调用的是 collection.len() 方法。这里的 len() 就是一个特殊方法。

特殊方法开头和结尾都是 __ ，意为只能由 Python 解释器调用，除非你在进行元编程，不然不要直接调用它。

在 Python 语言中，我们可以使用特殊方法来实现运算符重载。

现在我们进行编码，使 Vector 对象支持 + 运算符。

当我们调用 **+** 这个运算符时，Python 解释器调用了 add(self, other) 这个特殊方法。所以，在我们定义的类中实现 add() 方法，就可以支持 + 运算符。

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __add__(self, other):
        return Vector(self.x + other.x , self.y + other.y)

    def __repr__(self):
        return f'Vector({self.x}, {self.y})'

v1 = Vector(3, 4)
v2 = Vector(5, 6)
v1 + v2
>>> Output: Vector(8, 10)

你会发现，我们的类已经支持 + 运算符，在这个类中还实现了 repr() 方法，当我们调用 print() 方法，解释器调用 str() 方法，如果我们没有提供 repr() 的实现，就会调用原来的 repr() 方法。

再举个重载运算符的例子

当我们使用 **==** 运算符时，Python 解释器会调用 eq(self, other) 这个特殊方法，所以我们通过实现 eq() 方法就可以使某个类支持 == 运算符。

class Vector:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __add__(self, other):
        return Vector(self.x + other.x , self.y + other.y)

    def __repr__(self):
        return f'Vector({self.x}, {self.y})'
    
    def __eq__(self, other):
        return self.x == other.x and self.y == other.y

v1 = Vector(3, 4)
v2 = Vector(5, 6)
v1 == v2
>>> Output: False

v3 = Vector(3,4)
v1 == v3
>>> Output: True

在 Python 中，使用特殊方法可以轻松实现运算符重载。关键在于理解数据模型和特殊方法。

这些方法能让你从 Python 的惯用特性中受益，并且能利用强大的标准库。

欲了解 Python 数据模型的更多详情，请参考 Fluent python。

这里是 Python 中的特殊方法汇总，可供查阅。

总结

我们从理解什么是运算符重载开始，接着讨论了 Python 中运算符重载的一些限制条件、数据模型和特殊方法，然后在 Vector 类中实现了运算符重载。

希望你喜欢这篇文章。祝你工作顺利，好运连连！