Python 数据模型

Python013

Python 数据模型,第1张

Python 风格的关键完全体现在 Python 的数据模型上,数据模型所描述的 API ,为使用最地道的语言特性来构建开发者自己的对象提供了工具。

当 Python 解析器遇到特殊句法时,会使用特殊方法去激活一些基本的对象操作。特殊方法以双下划线开头,以双下划线结尾。如: obj[key] 的背后就是 __getitem__ 方法。魔术方法是特殊方法的昵称,特殊方法也叫双下方法。

使用 __getitem__ 和 __len__ 创建一摞有序的纸牌:

上面的例子,使用 collections.namedtuple 构建了一个简单的类来表示一张纸牌, namedtuple 用以构建只有少数属性但没有方法的类。

我们自定义的 FrenchDeck 类可以像任何 python 标准集合类型一样使用 len() 函数,查看一叠牌有多少张:

也可以像列表一样,使用位置索引, d[i] 将调用 __getitem__ 方法:

也可以使用标准库模块提供的 random.choice 方法,从序列中随机选取一个元素。下面,我们如随机取出一张纸牌:

现在我们已经体会到通过 python 特殊方法,来使用 Python 数据模型的 2 个好处:

因为 __getitem__ 方法把 [] 操作交给了 self.cards 列表,所以我们的 FrenchDeck 实例自动支持切片:

仅仅实现了 __getitem__ 方法,这一摞牌即变得可迭代:

运行结果:

也可以直接调用内置的 reversed 函数,反向迭代 FrenchDeck 实例:

运行结果:

迭代通常是隐式的,比如一个集合类型没有实现 __contains__ 方法,那么 in 运算符就会按顺序做一次迭代搜索。

因此, in 运算符可以用在我们的 FrenchDeck 实例上,因为它是可迭代的:

FrenchDeck 还可以使用 Python 标准库中的 sorted 函数,实现排序:

首先定义一个排序依据的函数:

优先按 rank 的大小排序,rank 相同时则比较 suit 的值:

运行结果:

优先按 suit 的大小排序,suit 相同时则比较 rank 的值:

运行结果:

按照目前的设计,FrenchDeck 还不支持洗牌,因为它是不可变的:

shuffle 函数要调换集合中元素的位置,而 FrenchDeck 只实现了不可变的序列协议,可变的序列还必须提供 __setitem__ 方法:

洗牌:

没有任何的返回值,可见 random.shuffle 就地修改了可变序列 d 。为便于观察结果,我们定义输入的输出函数:

运行结果:

每次洗牌,都是一个随机的序列:

首先明确一点,特殊方法的存在是为了被 Python 解析器调用的,例如:我们不会使用 obj.__len__() 这种写法,而是 len(obj) 。在执行 len(obj) 时,如果 obj 是一个自定义类的对象,那么 Python 会自己去调用我们实现的 __len__ 方法。

对于 Python 内置的数据类型,比如列表、字符串、字节序列等,那么 CPython 会抄个近路, __len__ 实际上会返回 PyVarObject 里的 ob_size 属性,这是因为直接读取属性比调用一个方法要快得多。

很多时候,特殊方法的调用是隐式的,比如 for i in x: 这个语句其实是调用 iter(x) ,而这个函数的背后是 x.__iter__() 方法。

通过内置函数如来使用特殊方法是最好的选择。这些内置函数不仅会调用这些方法,通常还提供额外的好处,对于内置类型来说,它们的速度更快。

下面,我们通过定义一个简单的二维向量类,再来体会一下 Python 特殊方法的美妙:

使用 Vector 类,就像使用 Python 内置的数据类型一样简单:

不能,因为树莓派和Windows是不同的操作系统,不能直接在树莓派上运行Windows上的Python模型。你可以在树莓派上安装Python解释器,然后重新编写或重新编译Windows上的Python模型,以便在树莓派上运行。

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