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我身邊有搞機(jī)器學(xué)習(xí)的，也有數(shù)據(jù)科學(xué)家，Python 是他們的首選語言。然而，他們并非每個(gè)都是經(jīng)驗(yàn)豐富的 Python 開發(fā)人員，他們也不太可能掌握 Python 提供的所有優(yōu)秀功能。這當(dāng)然是可以理解的，但同時(shí)也是不幸的。為什么?因?yàn)榱私庹Z言的細(xì)節(jié)需要編寫代碼......

這就是為什么我想為提升 Python 技能的人提供一些幫助，這樣你就可以編寫更多出色的代碼，也許會(huì)給您的伙伴或同事留下深刻印象，并從中獲得更多樂趣!具體來說，在這篇文章中，我想談?wù)勅绾问褂? Python 中的魔術(shù)方法，寫出令人驚嘆的 class，讓我們開始吧。

什么是魔術(shù)方法

魔術(shù)方法首先是方法，是屬于類的函數(shù)。它們既可以是實(shí)例方法，也可以是類方法。你可以輕松識別它們，因?yàn)樗鼈兌家噪p下劃線開頭和結(jié)尾，即它們都看起來像 __actual_name__。

重要的是，魔術(shù)方法不可以直接調(diào)用!當(dāng)然，你可以這樣做并寫一些類似 YourClass().__actual_name__() 的東西，但請不要直接調(diào)用。

那么魔術(shù)方法是如何調(diào)用的呢?它們會(huì)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候被調(diào)用，比如，調(diào)用 str(YourClass()) 將調(diào)用魔術(shù)方法 __str__ 或 YourClass() + YourClass() 將調(diào)用 __add__，如果你已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這兩個(gè)魔術(shù)方法。

那么，魔法方法有什么用?它讓我們能夠編寫可與 python 內(nèi)置方法一起使用的類，這樣寫出的代碼更易讀和更少的冗余。

為了強(qiáng)調(diào)魔術(shù)方法的有用性，并了解在進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)或數(shù)據(jù)科學(xué)時(shí)如何從使用它們中受益，讓我們舉一個(gè)具體的例子。

實(shí)例：自定義范圍的 datetime 類

下面的代碼展示了如何使用魔術(shù)方法編寫類似于內(nèi)置 range 函數(shù)的 DateTimeRange 類，代碼如下：

from datetime import datetime, timedelta 
from typing import Iterable 
from math import ceil 
 
 
class DateTimeRange: 
    def __init__(self, start: datetime, end_:datetime, step:timedelta = timedelta(seconds=1)): 
        self._start = start 
        self._end = end_ 
        self._step = step 
 
    def __iter__(self) -> Iterable[datetime]: 
        point = self._start 
        while point < self._end: 
            yield point 
            point += self._step 
 
    def __len__(self) -> int: 
        return ceil((self._end - self._start) / self._step) 
 
    def __contains__(self, item: datetime) -> bool: 
        mod = divmod(item - self._start, self._step) # divmod return the tuple (x//y, x%y).  Invariant: div*y + mod == x. 
        return item >= self._start and item < self._end and mod[1] == timedelta(0) 
 
    def __getitem__(self, item: int) -> datetime: 
        n_steps = item if item >= 0 else len(self) + item 
        return_value = self._start + n_steps * self._step 
        if return_value not in self: 
            raise IndexError() 
 
        return return_value 
    
    def __str__(self): 
        return f"Datetime Range [{self._start}, {self._end}) with step {self._step}" 
 
def main(): 
    my_range = DateTimeRange(datetime(2021,1,1), datetime(2021,12,1), timedelta(days=12)) 
    print(my_range) 
    print(f"{len(my_range) == len(list(my_range)) = }") 
    print(f"{my_range[-2] in my_range = }") 
    print(f"{my_range[2] + timedelta(seconds=12) in my_range = }") 
     
    for r in my_range: 
        print(r) 
        #do_something(r) 
 
if __name__ == '__main__': 
    main() 

先看下運(yùn)行結(jié)果：

看到運(yùn)行結(jié)果，你也許可以更快的理解類 DateTimeRange 的作用，代碼有點(diǎn)多，不過別擔(dān)心，我會(huì)解釋。

總的來說，上述代碼實(shí)現(xiàn)了六種不同的魔法方法：

1、__init__ 方法。你肯定知道，此方法主要用于初始化您的類的實(shí)例屬性。在這里，我們將范圍類的開始和結(jié)束與步長一起傳給 DateTimeRange。

2、__iter__ 方法。for 循環(huán)或 list(DateTimeRange()) 時(shí)會(huì)調(diào)用。這可能是最重要的一個(gè)，因?yàn)樗闪宋覀內(nèi)掌跁r(shí)間范圍內(nèi)的所有元素。這個(gè)函數(shù)是一個(gè)所謂的生成器函數(shù)，它一次創(chuàng)建一個(gè)元素，將它交給調(diào)用者，并允許調(diào)用者處理它。它會(huì)這樣做，直到到達(dá)范圍的末尾。在查看 yield 關(guān)鍵字時(shí)，您可以輕松識別生成器函數(shù)。此語句暫停函數(shù)保存其所有狀態(tài)，然后在連續(xù)調(diào)用時(shí)從那里繼續(xù)。這允許您一次使用一個(gè)元素并使用它，而無需您將每個(gè)元素都放在內(nèi)存中。

當(dāng)范圍比較大時(shí)，將所有內(nèi)容都放在內(nèi)存中會(huì)變得非常占用內(nèi)存。例如，執(zhí)行 list(DateTimeRange(datetime(1900,1,1), datetime(2000,1,1)) 時(shí)會(huì)將 3184617600 個(gè)日期時(shí)間放入內(nèi)存。太大了，然而 ，使用生成器您可以輕松地一一處理這些元素。

3、現(xiàn)在你已經(jīng)看到它不是列表或元組。然而，為了處理這個(gè) DateTimeRange 類，就像它是一個(gè)列表或元組一樣，我添加了另外三個(gè)神奇的方法，即 __len__ 、 __contains__ 和 __getitem__ 。

使用 __len__ ，您可以通過調(diào)用 len(my_range) 找出屬于您的范圍的元素?cái)?shù)量。例如，當(dāng)?shù)性夭⑾胫酪呀?jīng)從所有可用元素中處理了多少元素時(shí)，這會(huì)變得非常有用。它也可能告訴你，嘿，我要處理很多數(shù)據(jù)，請喝杯咖啡。

使用 __contains__，您可以使用 my_range 中的內(nèi)置語法元素檢查某個(gè)元素是否屬于您的范圍。給定實(shí)現(xiàn)的好處在于，這是使用純數(shù)學(xué)完成的，無需將給定元素與范圍內(nèi)的所有元素進(jìn)行比較。這意味著檢查元素是否在您的范圍內(nèi)是一個(gè)恒定時(shí)間操作，不依賴于實(shí)際范圍實(shí)例的大小。同樣，這對于我們在處理數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)?？吹降拇蠓秶鷷?huì)變得很方便。

使用 __getitem__ 您可以使用索引語法從對象中檢索條目。因此，可以通過 my_range[-1] 獲取我們范圍的最后一個(gè)元素。一般來說，使用 __getitem__ 可以編寫非常干凈和可讀的界面。

4、__str__ 方法的作用是將類的實(shí)例轉(zhuǎn)換為字符串。將實(shí)例轉(zhuǎn)換為字符串時(shí)自動(dòng)調(diào)用該方法，例如調(diào)用 print(my_range) 或 str(my_range) 時(shí)就會(huì)調(diào)用__str__。

最后的話

本文分享了如何通過魔法方法編寫一個(gè)非常優(yōu)雅的類，魔術(shù)方法可在 Python 內(nèi)置的函數(shù)或操作中自動(dòng)調(diào)用，可以讓我們編寫出可讀性、易用性更好的類，就像本文中的 DateTimeRange。

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