摘要：一運(yùn)算符重載基礎(chǔ)運(yùn)算符重載對(duì)已有的運(yùn)算符進(jìn)行重新定義，賦予其另一種功能，以適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)類型。重載一元運(yùn)算符重載一元運(yùn)算符只需實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的特殊方法，這些特殊方法只有一個(gè)參數(shù)。

導(dǎo)語(yǔ)：本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之面向?qū)ο笃闹攸c(diǎn)知識(shí)及個(gè)人心得，打算入門(mén)Python的朋友們可以來(lái)一起學(xué)習(xí)并交流。

本文重點(diǎn)：

1、掌握運(yùn)算符重載的定義和作用，以及Python對(duì)其的內(nèi)部限制；
2、掌握一元運(yùn)算符重載設(shè)計(jì)思路；
3、理解中綴運(yùn)算符重載過(guò)程中鴨子類型和白鵝類型思想的運(yùn)用并掌握。

運(yùn)算符重載：對(duì)已有的運(yùn)算符進(jìn)行重新定義，賦予其另一種功能，以適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)類型。
重載的作用：令用戶定義的對(duì)象能夠使用中綴運(yùn)算符（如 + 和 | ）或一元運(yùn)算符（如 - 和 ~ ）等運(yùn)算符。
為了做好靈活性、可用性和安全性方面的平衡，Python對(duì)運(yùn)算符重載施加了一些限制：

不能重載內(nèi)置類型的運(yùn)算符；

能新建運(yùn)算符，只能重載現(xiàn)有運(yùn)算符；

某些運(yùn)算符不能重載，如is、and、or和not（不過(guò)位運(yùn)算符&、| 和 ~可以）。

-（__neg__），一元取負(fù)算術(shù)運(yùn)算符。例：若 x 是 -2，則 -x==2。

+（__pos__），一元取正算術(shù)運(yùn)算符。通常x==+x。

~（__invert__），對(duì)整數(shù)按位取反，~x== -(x+1)。例：若 x 是 -2，則 ~x==1。

另外，Python語(yǔ)言參考手冊(cè)將內(nèi)置的abs()函數(shù)列為一元運(yùn)算符，它對(duì)應(yīng)的特殊方法是__abs__。

重載一元運(yùn)算符只需實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的特殊方法，這些特殊方法只有self一個(gè)參數(shù)。
重載應(yīng)遵循運(yùn)算符的一個(gè)基本規(guī)則：始終返回一個(gè)新對(duì)象。
即，不能修改self，要?jiǎng)?chuàng)建并返回合適類型的新實(shí)例。

下面我們以第10章的多維向量類為例重載一元運(yùn)算符：

import math
class Vector:
#排版需要省略中間代碼
    def __abs__(self):
        return math.sqrt(sum(x*x for x in self))
    
    def __neg__(self):
        return Vector(-x for x in self)
    
    def __pos__(self):
        return Vector(self)

    def __invert__(self):
        return Vector(-x-1 for x in self)

算術(shù)運(yùn)算上下文的精度變化可能導(dǎo)致 x 不等于 +x

Python 3.4 為 Decimal 算術(shù)運(yùn)算設(shè)定的默認(rèn)精度是28，這里因?yàn)?x使用上下文的精度導(dǎo)致相等性判斷返回False。

counter實(shí)例不含零值和負(fù)值計(jì)算器

通過(guò)上面的實(shí)例能夠看到counter實(shí)例ct經(jīng)過(guò)零值和負(fù)值的賦值之后，再經(jīng)過(guò)+x運(yùn)算后發(fā)現(xiàn)ct實(shí)例中的非負(fù)數(shù)對(duì)象均消失了。事實(shí)上一元運(yùn)算符 + 等同于加上一個(gè)空 Counter。當(dāng)Counter相加時(shí)，Python解釋器從實(shí)用性角度出發(fā)會(huì)把負(fù)值和零值的計(jì)數(shù)從結(jié)果中剔除。

現(xiàn)在我們?nèi)砸缘?0章的多維向量為例進(jìn)行中綴運(yùn)算符加號(hào)“+”的重載。
重載加法的目標(biāo)分析：

當(dāng)多維向量類是操作數(shù)時(shí)，多維向量應(yīng)支持與同類向量的加法；

同時(shí)多維向量類還應(yīng)支持與可迭代對(duì)象的加法；

此外當(dāng)可迭代對(duì)象是操作數(shù)的時(shí)候，多維對(duì)象應(yīng)具備__radd__如此來(lái)調(diào)用多維向量類中的__add__方法。

重載加法的流程圖設(shè)計(jì)：
設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于采用鴨子類型思想。當(dāng)多維向量類與非數(shù)值類相加時(shí)，多維向量類無(wú)法處理異類加法運(yùn)算可以將加法運(yùn)算交給右操作數(shù)的類處理。因?yàn)橛也僮鲾?shù)存在可以處理這種異類加法的可能。

重載加法的代碼實(shí)現(xiàn)：

from itertools import zip_longest
class Vector:
#排版需要省略中間代碼
    def __add__(self, other):
        try:
            return Vector(a+b for a,b in zip_longest(self,other,fillvalue=0))
        except TypeError:
            return NotImplemented
    def __radd__(self, other):
        return self+other

2、重載乘法__mul__
重載加法的目標(biāo)分析：

當(dāng)多維向量類是操作數(shù)時(shí)，多維向量應(yīng)支持與同類向量的乘法；

同時(shí)多維向量類還應(yīng)支持與可迭代對(duì)象的加法；

此外當(dāng)可迭代對(duì)象是操作數(shù)的時(shí)候，多維對(duì)象應(yīng)具備__rmul__如此來(lái)調(diào)用多維向量類中的__mul__方法。

注意：我們對(duì)多維向量重載的乘法是針對(duì)數(shù)論中的實(shí)數(shù)類型進(jìn)行運(yùn)算，此時(shí)可以采用白鵝類型顯式檢查對(duì)象的抽象基類是否為numbers.Real，代碼實(shí)現(xiàn)如下：

import numbers 
class Vector:
#排版需要省略中間代碼
    def __mul__(self, other):
        if isinstance(other,numbers.Real):
                return Vector(x*other for x in self)
        else:
            return NotImplemented
    def __rmul__(self, other):
        return self*other

Tips:一般來(lái)說(shuō)只有當(dāng)處理與self不同類型的操作數(shù)時(shí)，需要?jiǎng)?chuàng)建反向方法處理。否則沒(méi)有必要?jiǎng)?chuàng)建反向方法。

Python 解釋器對(duì)眾多比較運(yùn)算符（==、 !=、 >、 <、 >=、 <=） 的處理與前文類似， 不過(guò)在兩個(gè)方面有重大區(qū)別。

正向和反向調(diào)用使用的是同一系列方法。這方面的規(guī)則如下表所示。例如，對(duì) == 來(lái)說(shuō)，正向和反向調(diào)用都是 _eq_ 方法，只是把參數(shù)對(duì)調(diào)了；而正向的 _gt_ 方法調(diào)用的是反向的 __lt__方法， 并把參數(shù)對(duì)調(diào)。

對(duì) == 和 != 來(lái)說(shuō)，如果反向調(diào)用失敗，Python 會(huì)比較對(duì)象的 ID，而不拋出 TypeError。

現(xiàn)在我們?nèi)砸缘?0章的多維向量為例進(jìn)行中綴運(yùn)算符等號(hào)“=”的重載。
重載等號(hào)的返回為T(mén)rue的條件：

等號(hào)兩端對(duì)象為同類對(duì)象；

等號(hào)兩端對(duì)象中的每個(gè)元素都必須對(duì)應(yīng)相等。

注意：若Vector處理等號(hào)不為T(mén)rue，應(yīng)該返回NotImplemented交由Python處理。如果反向調(diào)用返回 NotImplemented，Python 會(huì)使用后備機(jī)制比較對(duì)象的 ID，作最后一搏。

重載等號(hào)的代碼實(shí)現(xiàn)如下：

class Vector:
#排版需要省略中間代碼
    def __eq__(self, other):
        if isinstance(other,Vector):
            return len(self)==len(other) and all(x==y for x,y in zip(self,other))
        else:
            return NotImplemented

def __ne__(self, other):
    eq_result = self == other
    if eq_result is NotImplemented:
        return NotImplemented
    else:
        return not eq_result

現(xiàn)在我們?nèi)砸缘?0章的多維向量為例進(jìn)行中綴運(yùn)算符加等于“+=”的重載。
重載加等于設(shè)計(jì)要求：

加等于右側(cè)的對(duì)象與左側(cè)的Vector類是同類對(duì)象或可迭代對(duì)象；

否則拋出TypeError，顯示無(wú)法進(jìn)行加等于計(jì)算。

下面以BingoCage的子類AddableBingoCage為例實(shí)現(xiàn)__iadd__，大家不必在意這個(gè)子類，重點(diǎn)在于理解__iadd__實(shí)現(xiàn)的思路：

import itertools 
from tombola import Tombola
from bingo import BingoCage
class AddableBingoCage(BingoCage): 
    def __add__(self, other):
        if isinstance(other, Tombola): 
            return AddableBingoCage(self.inspect() + other.inspect()) 
            #self.inspect()繼承自BingoCage,返回當(dāng)前元素組成的有序元組。
        else:
            return NotImplemented
    def __iadd__(self, other):
        if isinstance(other, Tombola):
            other_iterable = other.inspect() 
        else:
            try:
                other_iterable = iter(other)
            except TypeError: 
                self_cls = type(self).__name__
                msg = "right operand in += must be {!r} or an iterable"
                raise TypeError(msg.format(self_cls))
        self.load(other_iterable) 
        return self