本文将在上篇文章二维向量Vector2d类的基础上,定义表示多维向量的Vector类。第1版:兼容Vector2d类from array import array import reprlib import math
class Vector: typecode = 'd'
def __init__(self, components): self._components = array(self.typecode, components) # 多维向量存数组中
def __iter__(self): return iter(self._components) # 构建迭代器
def __repr__(self): components = reprlib.repr(self._components) # 有限长度表示形式 components = components[components.find('['):-1] return 'Vector({})'.format(components)
def __str__(self): return str(tuple(self))
def __bytes__(self): return (bytes([ord(self.typecode)]) + bytes(self._components))
def __eq__(self, other): return tuple(self) == tuple(other)
def __abs__(self): return math.sqrt(sum(x * x for x in self))
def __bool__(self): return bool(abs(self))
@classmethod def frombytes(cls, octets): typecode = chr(octets[0]) memv = memoryview(octets[1:]).cast(typecode) return cls(memv) # 因为构造函数入参是数组,所以不用再使用*拆包了
其中的reprlib.repr()函数用于生成大型结构或递归结构的安全表达形式,比如:>>> Vector([3.1, 4.2]) Vector([3.1, 4.2]) >>> Vector((3, 4, 5)) Vector([3.0, 4.0, 5.0]) >>> Vector(range(10)) Vector([0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, ...])
第2版:支持切片Python协议是非正式的接口,只在文档中定义,在代码中不定义。比如Python的序列协议只需要__len__ 和__getitem__ 两个方法,Python的迭代协议只需要__getitem__ 一个方法,它们不是正式的接口,只是Python程序员默认的约定。切片是序列才有的操作,所以Vector类要实现序列协议,也就是__len__ 和__getitem__ 两个方法,代码如下:def __len__(self): return len(self._components)
def __getitem__(self, index): cls = type(self) # 获取实例所属的类 if isinstance(index, slice): # 如果index是slice切片对象 return cls(self._components[index]) # 调用构造方法,返回新的Vector实例 elif isinstance(index, numbers.Integral): # 如果index是整型 return self._components[index] # 直接返回元素 else: msg = '{cls.__name__} indices must be integers' raise TypeError(msg.format(cls=cls))
>>> v7 = Vector(range(7)) >>> v7[-1] # <1> 6.0 >>> v7[1:4] # <2> Vector([1.0, 2.0, 3.0]) >>> v7[-1:] # <3> Vector([6.0]) >>> v7[1,2] # <4> Traceback (most recent call last): ... TypeError: Vector indices must be integers
第3版:动态存取属性通过实现__getattr__ 和__setattr__ ,我们可以对Vector类动态存取属性。这样就能支持v.my_property = 1.1 这样的赋值。如果使用__setitem__ 方法,那么只能支持v[0] = 1.1 。 shortcut_names = 'xyzt' # 4个分量属性名
def __getattr__(self, name): cls = type(self) # 获取实例所属的类 if len(name) == 1: # 只有一个字母 pos = cls.shortcut_names.find(name) if 0 <= pos < len(self._components): # 落在范围内 return self._components[pos] msg = '{.__name__!r} object has no attribute {!r}' # <5> raise AttributeError(msg.format(cls, name))
def __setattr__(self, name, value): cls = type(self) if len(name) == 1: if name in cls.shortcut_names: # name是xyzt其中一个不能赋值 error = 'readonly attribute {attr_name!r}' elif name.islower(): # 小写字母不能赋值,防止与xyzt混淆 error = "can't set attributes 'a' to 'z' in {cls_name!r}" else: error = '' if error: msg = error.format(cls_name=cls.__name__, attr_name=name) raise AttributeError(msg) super().__setattr__(name, value) # 其他name可以赋值
值得说明的是,__getattr__ 的机制是:对my_obj.x表达式,Python会检查my_obj实例有没有名为x的属性,如果有就直接返回,不调用__getattr__ 方法;如果没有,到my_obj.__class__ 中查找,如果还没有,才调用__getattr__ 方法。正因如此,name是xyzt其中一个时才不能赋值,否则会出现下面的奇怪现象:>>> v = Vector([range(5)]) >>> v.x = 10 >>> v.x 10 >>> v Vector([0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0])
对v.x进行了赋值,但实际未生效,因为赋值后Vector新增了一个x属性,值为10,对v.x表达式来说,直接就返回了这个值,不会走我们自定义的__getattr__ 方法,也就没办法拿到v[0]的值。第4版:散列通过实现__hash__ 方法,加上现有的__eq__ 方法,Vector实例就变成了可散列的对象。import functools import operator
def __eq__(self, other): return (len(self) == len(other) and all(a == b for a, b in zip(self, other)))
def __hash__(self): hashes = (hash(x) for x in self) # 创建一个生成器表达式 return functools.reduce(operator.xor, hashes, 0) # 计算聚合的散列值
其中__eq__ 方法做了下修改,用到了归约函数all(),比tuple(self) == tuple(other) 的写法,能减少处理时间和内存。zip()函数取名自zipper拉链,把两个序列咬合在一起。比如:>>> list(zip(range(3), 'ABC')) [(0, 'A'), (1, 'B'), (2, 'C')]
第5版:格式化Vector的格式化跟Vector2d大同小异,都是定义__format__ 方法,只是计算方式从极坐标换成了球面坐标:def angle(self, n): r = math.sqrt(sum(x * x for x in self[n:])) a = math.atan2(r, self[n-1]) if (n == len(self) - 1) and (self[-1] < 0): return math.pi * 2 - a else: return a
def angles(self): return (self.angle(n) for n in range(1, len(self)))
def __format__(self, fmt_spec=''): if fmt_spec.endswith('h'): # hyperspherical coordinates fmt_spec = fmt_spec[:-1] coords = itertools.chain([abs(self)], self.angles()) outer_fmt = '<{}>' else: coords = self outer_fmt = '({})' components = (format(c, fmt_spec) for c in coords) return outer_fmt.format(', '.join(components))
小结经过上下两篇文章的介绍,我们知道了Python风格的类是什么样子的,跟常规的面向对象设计不同的是,Python的类通过魔法方法实现了Python协议,使Python类在使用时能够享受到语法糖,不用通过get和set的方式来编写代码。《流畅的Python》第10章 序列的修改、散列和切片
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