Python 运算符重载 · Programiz 中文系列教程

# Python 运算符重载 > 原文： [https://www.programiz.com/python-programming/operator-overloading](https://www.programiz.com/python-programming/operator-overloading) #### 您可以根据所使用的操作数来更改 Python 中运算符的含义。在本教程中，您将学习如何在 Python 面向对象编程中使用运算符重载。 ## Python 运算符重载 [Python 运算符](/python-programming/operators)用于内置类。但是同一运算符对于不同类型的行为会有所不同。例如，`+`运算符将对两个数字执行算术加法，合并两个列表或连接两个字符串。 Python 中的这种功能允许同一运算符根据上下文具有不同的含义，这称为运算符重载。那么，当我们将它们与用户定义类的对象一起使用时会发生什么呢？让我们考虑下面的类，它试图在二维坐标系中模拟一个点。 ```py class Point: def __init__(self, x=0, y=0): self.x = x self.y = y p1 = Point(1, 2) p2 = Point(2, 3) print(p1+p2) ``` **输出** ```py Traceback (most recent call last): File "<string>", line 9, in <module> print(p1+p2) TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'Point' and 'Point' ``` 在这里，我们可以看到出现了`TypeError`，因为 Python 不知道如何将两个`Point`对象加在一起。但是，我们可以通过运算符重载在 Python 中完成此任务。但是首先，让我们对特殊函数有所了解。 * * * ## Python 特殊函数以双下划线`__`开头的类函数在 Python 中称为特殊函数。这些函数不是我们为类定义的典型函数。我们上面定义的`__init__()`函数就是其中之一。每次我们创建该类的新对象时都会调用它。 Python 中还有许多其他特殊函数。访问 [Python 特殊函数](http://docs.python.org/3/reference/datamodel.html#special-method-names)了解有关它们的更多信息。使用特殊函数，我们可以使我们的类与内置函数兼容。 ```py >>> p1 = Point(2,3) >>> print(p1) <__main__.Point object at 0x00000000031F8CC0> ``` 假设我们希望`print()`函数打印`Point`对象的坐标，而不是所得到的。我们可以在我们的类中定义`__str__()`方法，该方法控制对象的打印方式。让我们看看如何实现这一目标： ```py class Point: def __init__(self, x = 0, y = 0): self.x = x self.y = y def __str__(self): return "({0},{1})".format(self.x,self.y) ``` 现在，让我们再次尝试`print()`函数。 ```py class Point: def __init__(self, x=0, y=0): self.x = x self.y = y def __str__(self): return "({0}, {1})".format(self.x, self.y) p1 = Point(2, 3) print(p1) ``` **输出**： ```py (2, 3) ``` 这样更好，事实证明，当我们使用内置函数`str()`或`format()`时，将调用相同的方法。 ```py >>> str(p1) '(2,3)' >>> format(p1) '(2,3)' ``` 因此，当您使用`str(p1)`或`format(p1)`时，Python 内部会调用`p1.__str__()`方法。因此得名，特殊函数。现在让我们回到操作符重载。 * * * ## 重载`+`运算符要重载`+`运算符，我们将需要在该类中实现`__add__()`函数。拥有权利的同时也被赋予了重大的责任。我们可以在此函数内做任何喜欢的事情。但是返回坐标和的`Point`对象更为明智。 ```py class Point: def __init__(self, x=0, y=0): self.x = x self.y = y def __str__(self): return "({0},{1})".format(self.x, self.y) def __add__(self, other): x = self.x + other.x y = self.y + other.y return Point(x, y) ``` 现在让我们再次尝试加法操作： ```py class Point: def __init__(self, x=0, y=0): self.x = x self.y = y def __str__(self): return "({0},{1})".format(self.x, self.y) def __add__(self, other): x = self.x + other.x y = self.y + other.y return Point(x, y) p1 = Point(1, 2) p2 = Point(2, 3) print(p1+p2) ``` **输出**： ```py (3,5) ``` 实际发生的是，当您使用`p1 + p2`时，Python 会调用`p1.__add__(p2)`，而后者依次为`Point.__add__(p1,p2)`。此后，将按照我们指定的方式执行加法运算。同样，我们也可以重载其他运算符。我们需要实现的特殊函数列表如下。 | 运算符 | 表达式 | 内部 | | --- | --- | --- | | 加成 | `p1 + p2` | `p1.__add__(p2)` | | 减法 | `p1 - p2` | `p1.__sub__(p2)` | | 乘法 | `p1 * p2` | `p1.__mul__(p2)` | | 幂 | `p1 ** p2` | `p1.__pow__(p2)` | | 除法 | `p1 / p2` | `p1.__truediv__(p2)` | | 整数除法 | `p1 // p2` | `p1.__floordiv__(p2)` | | 余数（模） | `p1 % p2` | `p1.__mod__(p2)` | | 按位左移 | `p1 << p2` | `p1.__lshift__(p2)` | | 按位右移 | `p1 >> p2` | `p1.__rshift__(p2)` | | 按位与 | `p1 & p2` | `p1.__and__(p2)` | | 按位或 | `p1 | p2` | `p1.__or__(p2)` | | 按位异或 | `p1 ^ p2` | `p1.__xor__(p2)` | | 按位非 | `~p1` | `p1.__invert__()` | * * * ## 重载比较运算符 Python 不仅将运算符重载不限于算术运算符。我们也可以重载比较运算符。假设我们想在我们的`Point`类中实现小于符号`<`符号。让我们从原点比较这些点的大小，并为此目的返回结果。可以如下实现。 ```py # overloading the less than operator class Point: def __init__(self, x=0, y=0): self.x = x self.y = y def __str__(self): return "({0},{1})".format(self.x, self.y) def __lt__(self, other): self_mag = (self.x ** 2) + (self.y ** 2) other_mag = (other.x ** 2) + (other.y ** 2) return self_mag < other_mag p1 = Point(1,1) p2 = Point(-2,-3) p3 = Point(1,-1) # use less than print(p1<p2) print(p2<p3) print(p1<p3) ``` **输出**： ```py True False False ``` 类似地，下面列出了我们需要实现以重载其他比较运算符的特殊函数。 | 运算符 | 表达式 | 内部 | | --- | --- | --- | | 小于 | `p1 < p2` | `p1.__lt__(p2)` | | 小于或等于 | `p1 <= p2` | `p1.__le__(p2)` | | 等于 | `p1 == p2` | `p1.__eq__(p2)` | | 不等于 | `p1 != p2` | `p1.__ne__(p2)` | | 大于 | `p1 > p2` | `p1.__gt__(p2)` | | 大于或等于 | `p1 >= p2` | `p1.__ge__(p2)` |