python进阶学习（二）重载运算符

C/C++中的重载运算符机制十分的好用，java虽然不能直接重载运算符，但是可以通过实现comparator接口等方式实现类之间的比较，那么python又是如何重载运算符的呢？

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前言

重载运算符如果使用得当，那么API会变得更加好用，而且代码会变得更加容易阅读，但是一旦被滥用（比如把加法运算符重载用作减法），那么就会让阅读代码的人感到困惑不解了，另外还可能导致缺陷和意料之外的性能瓶颈。

python对运算符重载进行了一定的限制，很多限制其实和C++是一样的：

• 不能重载内置类型的运算符
• 不能新建运算符，只能重载现有的
• python中某些运算符不能重载，例如is、and、or还有not

实例

python可以通过重载类中内置的魔法方法来实现运算符的重载，下面通过例子来说明运算符重载的方法：

import math
# 定义坐标上的Point类，拥有x坐标和y坐标这两个属性
class Point:
    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y
        
    def __str__(self):
        return "(%s,%s)" % (self.x, self.y)
    
    # 重载绝对值方法，表示含义为点到原点的距离
    def __abs__(self):
        return math.sqrt(self.x**2+self.y**2)
    
    # 重载取负运算符
    def __neg__(self):
        return Point(-self.x, -self.y)
    
    # 重载取正运算符
    def __pos__(self):
        return Point(self.x, self.y)
        
    # 重载二元运算符，加法
    def __add__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            raise Exception("传入对象不是Point对象的实例")
        return Point(self.x+other.x, self.y+other.y)
        
    # 重载二元运算符，减法
    def __sub__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            raise TypeError("传入对象不是Point对象的实例")
        return Point(self.x-other.x, self.y-other.y)
    
    # 重载比较运算符
    def __eq__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            raise TypeError("传入对象不是Point对象的实例")
        return self.x == other.x and self.y == other.y
    
    def __gt__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            raise TypeError("传入对象不是Point对象的实例")
        return abs(self) > abs(other)

if __name__ == '__main__':
    p1 = Point(-1, 2)
    print("取绝对值：",abs(p1))
    print("取负:",-p1)
    p2 = Point(2,4)
    print("加法：",p1+p2)
    print("减法：",p1-p2)
    print("比较大小：", p1>p2)

上面的结果为：

取绝对值： 2.23606797749979
取负: (1,-2)
加法： (1,6)
减法： (-3,-2)
比较大小： False

可以看到，python每次重载一个运算符，都要重载一个特殊方法，对于比较运算符来说，有__lt__,__le__,__eq__,__ne__,__gt__,__ge__,这么六个，如果都有需要用到这些运算符，自己一一实现是很麻烦的，我们可以使用标准库functools中的total_ordering装饰器来简化重载比较运算符。

使用total_ordering很简单，只要在定义的class类上添加上装饰器@total_ordering，并且在类中定义__eq__()方法和__lt__(),__le__(),__gt__(),__ge__()中的一个，装饰器会帮助我们自动实现其余的，下面来看看例子：

import math
from functools import total_ordering
# 定义坐标上的Point类，拥有x坐标和y坐标这两个属性
@total_ordering
class Point:
    
    def __init__(self, x=0, y=0):
        self.x = x
        self.y = y
        
    def __str__(self):
        return "(%s,%s)" % (self.x, self.y)
    
    # 重载绝对值方法，表示含义为点到原点的距离
    def __abs__(self):
        return math.sqrt(self.x**2+self.y**2)
    
    # 重载比较运算符,只要到原点的距离相等，就认为两个类相等
    def __eq__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            raise TypeError("传入对象不是Point对象的实例")
        return abs(self) == abs(other)
    
    def __gt__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            raise TypeError("传入对象不是Point对象的实例")
        return abs(self) > abs(other)

if __name__ == '__main__':
    p1 = Point(-1, 2)
    p2 = Point(2,4)
    print("比较大小：", p1

因为我们实现和等于操作和大于操作，total_ordering就可以通过这两个来实现剩下的比较运算符，例如，小于等于就可以解释为not self > other or self == other，这样就可以实现所有的比较操作。

所有的运算符相关的方法都可以在官方文档中找到，这里罗列部分：

一元运算符	__neg__-,__pos__+,__abs__abs()
比较运算符	__lt__<,__le__<=,__eq__==,__ne__!=,__gt__>,__ge__>=
算术运算符	__add__+,__sub__-,__mul__*,__mod__%,__truediv__/,__floordiv__//,__pow__**,__round__round()
反向算术运算符	__radd__,__rsub__,__rmul__,__rmod__,__rtruediv__,__rfloordiv__,__rpow__
增量赋值算术运算符	__iadd__,__isub__,__imul__,__imod__,__itruediv__,__ifloordiv__,__ipow__
位运算符	__invert__~,__lshift__<<,__rshift__>>,__and__&,__or__|,__xor__^
反向位运算符	__rlshift__,__rrshift__,__rand__,__ror__,__rxor__
增量赋值位运算符	__ishift__,__irshift__,__iand__,__ior__,__ixor__