精通 Python 运算符重载：实战指南

Python 运算符重载

了解如何使用 __add__、__lt__ 等特殊方法重新定义 Python 运算符行为，增强 OOP 设计。

Python 运算符重载

Python 内置运算符根据操作数类型表现不同。例如 + 对数字相加、对字符串连接、对列表合并。这种灵活性通过运算符重载实现——让你为自定义类赋予上下文特定的运算符含义。

以简单 Point 类为例，表示二维平面坐标。无特殊方法时，尝试相加两点会引发 TypeError：

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

Traceback (most recent call last): File "<string>", line 9, in <module> print(p1+p2) TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'Point' and 'Point'

因 Python 不知道如何组合两个 Point 实例，抛出异常。运算符重载让我们自定义该行为。

Python 特殊方法

双下划线包围的方法——__init__、__str__、__add__ 等——称特殊方法或“dunder”方法。它们由 Python 运行时隐式调用，是运算符重载、容器协议等的挂钩点。

例如 __str__ 控制对象转为人类可读字符串的方式。默认打印对象显示内存地址，通常无用。重写 __str__ 让调试和日志更清晰：

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)

现在打印 Point 得到：

p1 = Point(2, 3)
print(p1)

输出

(2, 3)

str(p1) 和 format(p1) 也用同一表示，因 Python 内部调用 p1.__str__()。

重载 + 运算符

为 Point 对象自定义加法，实现 __add__：

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):
        return Point(self.x + other.x, self.y + other.y)

测试新行为：

p1 = Point(1, 2)
p2 = Point(2, 3)
print(p1 + p2)

输出

(3, 5)

底层 Python 执行 p1.__add__(p2)，返回坐标求和的新 Point。

下表是其他算术运算符及需实现的特殊方法速查：

重载比较运算符

运算符重载不限于算术。比较运算符也可定制。例如按到原点距离比较点，重写 __lt__：

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

用法：

p1 = Point(1, 1)
p2 = Point(-2, -3)
p3 = Point(1, -1)
print(p1 < p2)  # True
print(p2 < p3)  # False
print(p1 < p3)  # False

其他比较方法模式类似：

谨慎定义这些方法，可让自定义对象自然参与算术和比较上下文，提升代码可读性和可维护性。