Python的数学操作符

2016-05-17  本文已影响247人  catHeart

Python中对象的行为是由它的类型 (Type) 决定的。所谓类型就是支持某些特定的操作。数字对象在任何编程语言中都是基础元素，支持加、减、乘、除等数学操作。
Python的数字对象有整数和浮点数，支持各种数学操作，比如+, -,*, /等。 没有这些操作符，程序中只能使用函数调用的方式进行数学运算，比如add(2, 3), sub(5, 2)。
程序中操作符的作用与普通数学操作的用法是一致的，使用中更加简便直观。Python中，这些操作符实现是通过定义一些object的特殊方法实现的，比如object.__add__()和object.__sub__()。如果用户在自己定义类时实现上述特殊方法，可以使自定义类的对象支持相应的数学操作，从而模拟数字对象的行为。这其实是达到了操作符重载的效果。

这里通过实现一个具有支持加法运算的中文数字类说明如何在Python中实现一个支持常见的数学操作。ChineseNumber类的基本定义如下。

class ChineseNumber:
    def __init__(self, n):
        self.num = n
        self.alphabet = [u'零', u'一', u'二', u'三', u'四', 
            u'五', u'六', u'七', u'八', u'九', u'十']
    
    def __str__(self):
        sign = '负' if self.num < 0 else ''
        return sign + ''.join([self.alphabet[int(s)] for s in str(abs(self.num))])

    def __repr__(self):
        return self.__str__()

目前，实现的效果是这样的：

>>> a = ChineseNumber(2)
>>> a   #调用a.__repr__()
二
>>> print(a)   #调用a.__str__()
二

一般数学操作符

定义类时，实现__add__()方法，可以给这个类增加+操作符。给ChineseNumber增加如下方法：

    def __add__(self, other):
        if type(other) is ChineseNumber:
            return ChineseNumber(self.num + other.num)
        elif type(other) is int:
            return ChineseNumber(self.num + other)
        else:
            return NotImplemented

这时ChineseNumber的对象就可以使用+了。

>>> a, b = ChineseNumber(2), ChineseNumber(10)
>>> a + b
十二
>>> a + 5
七
>>> a + 3.7
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'ChineseNumber' and 'float'

对于+，a + b相当于调用a.__add__(b). 类似地，可以定义其他数学操作符，见下表。

操作数反转的数学操作符 (Reflected/Swapped Operand)

>>> 2 + a
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'ChineseNumber'

2是整数类型，它的__add__()方法不支持ChineseNumber类的对象，所以出现了上述错误。定义操作数反转的数学操作符可以解决这个问题。给ChineseNumber类添加__radd__()方法，实现操作数反转的+运算。

    def __radd__(self, other):
        return self.__add__(other)

对于a + b，如果a没有定义__add__()方法，Python尝试调用b的__radd__()方法。此时，a + b相当于调用b.__radd__(a)。

>>> a = ChineseNumber(2)
>>> 2 + a
四

类似地，可以定义其他操作数反转的数学操作符，见下表。

运算赋值操作符

运算赋值操作符使用单个操作符完成运算和赋值操作，比如a += b相当于调用a = a + b。为ChineseNumber增加__iadd__()方法，可以实现+=操作符。

    def __iadd__(self, other):
        if type(other) is ChineseNumber:
            self.num += other.num
            return self
        elif type(other) is int:
            self.num += other
            return self
        else:
            return NotImplemented

此时，

>>> a, b = ChineseNumber(2), ChineseNumber(10)
>>> a += b
>>> a
十二
>>> a + 7
>>> a
十九

类似地，可以定义其他运算赋值操作符，见下表。

一元数学操作符

一元数学操作符是只有一个操作数的运算，比如取负数的操作符-。-对应的特殊函数是__neg__()。为ChineseNumber添加__neg__()方法，

    def __neg__(self):
        return ChineseNumber(-self.num)

此时，ChineseNumber对象就支持-操作了。

>>> a = ChineseNumber(5)
>>> -a
负五

其他一元运算符见下表。

参考文献

  1. The Python Language Reference - 3.5.1
上一篇 下一篇

猜你喜欢

热点阅读