PythonI/O进阶学习笔记_2.魔法函数

前言：

本文一切观点和测试代码是在python3的基础上。

Content:

1.什么是魔法函数，魔法函数__getitem__在python中应用。

2.python的数据模型和数据模型这种设计对python的影响

3.python常用的魔法函数

4.从len()方法看魔法函数的特点

5.魔法函数知识小结

 

一   python的魔法函数

1.什么是魔法函数？

• 魔法函数是Python中定义的，以__开头，__结尾，形如__fun__()的函数，一般使用已经定义好了的即可。
• 使用这样一些函数，可以让我们自定义的类有更加强大的特性。
• 魔法函数一般是隐式调用的，不需要我们显示调用。（即python解释器帮我们调用实现）

2.如何使用魔法函数？

 例：我们建立一个公司类，里面有员工列表属性。需要循环打印所有员工。

普通方法为：

class Company:
    def __init__(self,employee_list):
        self.employee=employee_list
user_list=['ttr1','ttrr2','ttrr3']
company=Company(user_list)
for i in company.employee:
    print(i)

如果说我们用python一个内置的魔法函数的话：

user_list=['ttr1','ttrr2','ttrr3']
company=Company(user_list)


class Company_Magic:
    def __init__(self,employee_list):
        self.employee_list=employee_list
    def __getitem__(self, item):
        return self.employee_list[item]

company2=Company_Magic(user_list)
for i in company2:
    print(i)

区别：第二种直接对对象进行了for循环，第一种对对象里面的一个属性（list）进行循环。

           就是第二种Company_Magic类生成的对象，是有可以迭代这个特性的。

    因为__getitem__帮我们实现了一个逻辑，每次我们实现for循环的时候，for会去找company2这个对象中的__getitem__方法（实际上是先找另外一个迭代方法），并且传入0、1、2...直到抛了异常然后结束。这是解释器帮我们实现的功能。

ps.想想看如果__getitem__这个函数不管传入什么item都不报异常会怎么样？

 

二  python的数据模型和数据模型这种设计模式赋予python的特性

1.什么是数据模型？

数据模型其实是对 Python 框架的描述，它规范了这门语言自身构建模块的接口，这些模块包括但不限于序列、迭代器、函数、类等。

而魔法函数就是数据模型的一个概念。java中常被叫魔术方法，python常叫数据模型。

2.数据模型对python的影响

• 魔法函数不属于定义它的那个类，只是增强了类的一些功能。
• 实现了特定的魔法函数之后，某些操作会变得特别简单。
• 我们可以采用实现魔法函数来灵活地设计我们需要的类。

这点是很重要的需要明白python的类有些特性是可以被灵活设计的，只要在编码中让它遵循了某种特定的协议（魔法函数）。

 

三 python常用的魔法函数

__init__:最常用。

__str__:被print函数调用；这个魔法函数必须返回为string，否则抛异常。

（我记得最开始初学python调用mongodb对象的什么方法来着，返回的数据用print出来的字符串一直没问题，但是做处理的时候一直说数据格式有误，就是因为传回来的数据对象做了__str__处理。）

__len__:可以对对象使用 len()函数。在dict、list等类型中也实现了这个方法。

在pycharm中，输入dict() ，用ctrl+B 跳到dict的定义，可以看到dict具有哪些魔法方法。或者用dir({})也可以看到。

还有很多比较重要的魔法方法例如 __setattr__() 、__getattr__()、__setitem__()、__getitem__()、__iter__() 超多简化我们编程的魔法函数。

 

四  用__len__看魔法函数大致做了哪些事情？

在三中我们看到，dict()的定义中的魔法函数__len__()定义的内容为空，list()也是。

实际上，我们在这里看到的相当于只是一个接口的定义而已，真正的实现是在cpython中。

为了加快len()的速度，比如list、dict、set类型，实际上会走一个捷径。在cpython中，list、dict、set等内置类型是用c实现的，会在c数据结构内部有个参数用来存储数据的长度，len()是直接去读数据结构的长度。所以复杂度是O（1）。

 

以下为拓展，可不看：

有关 list 定义源码位置在 Python 目录下的 include/listobject.h 内, 代码如下:

typedef struct {
    PyObject_VAR_HEAD
    /* Vector of pointers to list elements.  list[0] is ob_item[0], etc. */
    PyObject **ob_item;

    /* ob_item contains space for 'allocated' elements.  The number
     * currently in use is ob_size.
     * Invariants:
     *     0 <= ob_size <= allocated
     *     len(list) == ob_size
     *     ob_item == NULL implies ob_size == allocated == 0
     * list.sort() temporarily sets allocated to -1 to detect mutations.
     *
     * Items must normally not be NULL, except during construction when
     * the list is not yet visible outside the function that builds it.
     */
    Py_ssize_t allocated;
} PyListObject;

其中 ob_item 是指向列表元素的指针数组, list[0] 即 ob_item[0], allocated 是列表的空间大小。在 PyObject_VAR_HEAD 中, 拥有一个 ob_size 变量。

下面是 Python 目录下的 include/object.h 中的相关代码:

#define PyObject_VAR_HEAD      PyVarObject ob_base;
...
...
typedef struct {
    PyObject ob_base;
    Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */
} PyVarObject;

ob_size 变量存储的就是对象的长度, 所以每次调用 _len_() 方法的时候, 返回的是一个已经存储好了的变量,

 

小结：魔法函数大部分都做了很多优化的事情，设计理念还是比较重要的。

 

 五  总结

魔法函数是贯穿所有python知识点的。

可以用魔法函数来组织自己脑子里python知识点的知识树。

• 魔法函数是内置的前面为__的方法
• 魔法函数是不需要显示调用的，python语法本身会隐含调用魔法函数
• 魔法函数和对象不存在继承关系，任何对象都可以定义魔法函数
• 魔法函数让python的各种类型组织起来了，让对象有数据类型，比如增加一个迭代类型等
• __str__\__repr__\__add__等等多种常用魔法函数熟知会让代码更pythonic
• python解释器其实会经可能提高很多效率，让开发者灵活性变高