2025-08-22 Python进阶10——魔术方法

在 Python 中， 魔术方法（又称 “特殊方法”，以双下划线 __ 开头和结尾）是一组自带的 “隐藏工具”，它们能让我们自定义类的行为（比如加减运算、打印显示、容器操作等），让代码更简洁、更符合直觉。

魔术方法不需要我们手动调用（比如不会直接写 obj.__init__()），而是在特定场景下由 Python 自动触发（比如创建对象时自动执行 __init__）。

1 构造/销毁对象

这类方法控制对象的创建、初始化和销毁，是最基础的魔术方法。

魔术方法	触发时机	作用
__new__	创建类的实例时（比 __init__ 早）	创建对象（分配内存）
__init__	创建实例后自动执行	初始化对象（设置属性）
__del__	对象被垃圾回收时	销毁对象（释放资源）

1.1 __init__：初始化对象（常用）

创建实例时，Python 会自动调用 __init__ 给对象设置初始属性。
注意：它不是 “创建对象” 的方法，而是 “初始化已创建对象” 的方法。

class Student:# 定义 __init__，self 代表实例本身，name/age 是创建实例时需要传入的参数def __init__(self, name, age):self.name = name  # 给实例绑定 name 属性self.age = age    # 给实例绑定 age 属性# 创建实例时，自动触发 __init__，传入 name 和 age
stu1 = Student("小明", 18)
print(stu1.name)  # 输出：小明（__init__ 已帮我们设置好属性）
print(stu1.age)   # 输出：18

1.2 __new__：创建对象（极少直接用）

__new__ 是 Python 中唯一能创建对象的魔术方法，它会先分配内存，再把创建好的对象传给 __init__ 初始化。
通常无需自定义，只有在 “单例模式”（一个类只能创建一个实例）等特殊场景才会用。

class Singleton:# 用一个类属性存储唯一实例_instance = None# __new__ 必须返回创建的对象，参数 cls 代表当前类def __new__(cls, *args, **kwargs):# 如果还没有实例，就创建一个if cls._instance is None:cls._instance = super().__new__(cls)  # 调用父类的 __new__ 创建对象# 无论是否新建，都返回同一个实例return cls._instance# 测试：两个实例其实是同一个对象
obj1 = Singleton()
obj2 = Singleton()
print(obj1 is obj2)  # 输出：True（地址相同，是同一个实例）

1.3 __del__：销毁对象（慎用）

当对象不再被使用（没有变量引用它），Python 会自动调用 __del__ 释放资源（比如关闭文件、断开数据库连接）。
注意：无法确定 __del__ 何时执行（由垃圾回收机制决定），不建议依赖它做关键操作。

class FileHandler:def __init__(self, filename):self.file = open(filename, "w")  # 打开文件print("文件已打开")# 销毁对象时关闭文件def __del__(self):self.file.close()print("文件已关闭（__del__ 触发）")# 创建实例（打开文件）
fh = FileHandler("test.txt")
# 手动删除引用（让对象被回收）
del fh  # 输出：文件已关闭（__del__ 触发）

2 字符串输出

当我们用 print(obj) 或 str(obj) 查看对象时，Python 会自动调用这类方法，默认情况下会显示 “类名 + 内存地址”（比如 <__main__.Student object at 0x00000123456789AB>），很不友好。自定义这类方法可以让输出更直观。

魔术方法	触发时机	作用
__str__	print(obj)、str(obj) 时	给用户看的 “友好字符串”
__repr__	repr(obj)、交互式环境直接输 obj 时	给开发者看的 “精确字符串”（可用于重建对象）

2.1 __str__：面向用户的字符串表示

class Book:def __init__(self, title, author):self.title = titleself.author = authordef __str__(self):return f"《{self.title}》（作者：{self.author}）"book = Book("Python编程入门", "张三")
print(book)  # 输出: 《Python编程入门》（作者：张三）
print(str(book))  # 输出: 《Python编程入门》（作者：张三）

2.2 __repr__：面向开发者的字符串表示

__repr__ 主要用于调试，返回的字符串应尽可能精确地描述对象，理想情况下可以用该字符串重建对象。

class Point:def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = ydef __repr__(self):return f"Point(x={self.x}, y={self.y})"p = Point(3, 5)
print(repr(p))  # 输出: Point(x=3, y=5)
# 在交互式环境中直接输入 p 也会显示 __repr__ 的结果

3 比较运算重载

和算术运算类似，==、>、< 等比较操作也对应专门的魔术方法。比如 a == b 会触发 a.__eq__(b)，a > b 会触发 a.__gt__(b)。

魔术方法	对应运算	作用
__eq__	a == b	等于
__ne__	a != b	不等于（默认是 not __eq__，一般不用重写）
__gt__	a > b	大于
__lt__	a < b	小于
__ge__	a >= b	大于等于（默认是 __gt__ or __eq__）
__le__	a <= b	小于等于（默认是 __lt__ or __eq__）

3.1 __eq__：实现等于（==）比较

__eq__ 定义了对象的相等判断逻辑，当使用 == 运算符时自动调用。

class Student:def __init__(self, student_id):self.student_id = student_id  # 学号唯一标识学生def __eq__(self, other):# 两个学生学号相同则认为相等if isinstance(other, Student):return self.student_id == other.student_idreturn Falses1 = Student(1001)
s2 = Student(1001)
s3 = Student(1002)
print(s1 == s2)  # 输出: True
print(s1 == s3)  # 输出: False

3.2 __ne__：实现不等于（!=）比较

__ne__ 方法用于定义 “不等于” 比较的逻辑，当使用 != 运算符时自动调用。默认情况下，它返回 not __eq__ 的结果，也可以根据需要自定义实现。

class Employee:def __init__(self, id):self.id = id  # 员工IDdef __ne__(self, other):"""判断两个员工的ID是否不同"""if isinstance(other, Employee):return self.id != other.idreturn True  # 与非Employee类型比较视为不同# 测试
e1 = Employee(1001)
e2 = Employee(1002)
e3 = Employee(1001)
print(e1 != e2)  # 输出: True（ID不同）
print(e1 != e3)  # 输出: False（ID相同）
print(e1 != "employee")  # 输出: True（与非Employee类型比较）

3.3 __gt__：实现大于（>）比较

__gt__ 定义了对象的大于判断逻辑，当使用 > 运算符时自动调用。

class Score:def __init__(self, value):self.value = valuedef __gt__(self, other):# 分数值大的认为更大return self.value > other.values1 = Score(95)
s2 = Score(88)
print(s1 > s2)  # 输出: True

3.4 __ge__：实现大于等于（>=）比较

__ge__ 方法用于定义 “大于等于” 比较的逻辑，当使用 >= 运算符时自动调用，返回布尔值表示比较结果。

class Weight:def __init__(self, kg):self.kg = kg  # 重量（千克）def __ge__(self, other):"""判断当前重量是否大于等于另一个重量"""if isinstance(other, Weight):return self.kg >= other.kgraise TypeError("只能与Weight类型进行比较")# 测试
w1 = Weight(10)
w2 = Weight(8)
w3 = Weight(10)
print(w1 >= w2)  # 输出: True（10kg >= 8kg）
print(w1 >= w3)  # 输出: True（10kg >= 10kg）
print(w2 >= w1)  # 输出: False（8kg >= 10kg 不成立）

3.5 __lt__：实现小于（<）比较

__lt__ 方法用于定义 “小于” 比较的逻辑，当使用 < 运算符比较两个对象时自动调用。该方法应返回布尔值，表示当前对象是否小于另一个对象。

class Product:def __init__(self, price):self.price = price  # 产品价格def __lt__(self, other):"""判断当前产品价格是否小于另一个产品价格"""if isinstance(other, Product):return self.price < other.price# 处理与非Product类型比较的情况raise TypeError("只能与Product类型进行比较")# 测试
p1 = Product(99.9)
p2 = Product(149.9)
print(p1 < p2)  # 输出: True（99.9 < 149.9）
print(p2 < p1)  # 输出: False（149.9 < 99.9 不成立）

3.6 __le__：实现小于等于（<=）比较

__le__ 方法用于定义 “小于等于” 比较的逻辑，当使用 <= 运算符时自动调用，返回布尔值表示比较结果。

class Student:def __init__(self, score):self.score = score  # 学生分数def __le__(self, other):"""判断当前学生分数是否小于等于另一个学生分数"""if isinstance(other, Student):return self.score <= other.scoreraise TypeError("只能与Student类型进行比较")# 测试
s1 = Student(85)
s2 = Student(90)
s3 = Student(85)
print(s1 <= s2)  # 输出: True（85 <= 90）
print(s1 <= s3)  # 输出: True（85 <= 85）
print(s2 <= s1)  # 输出: False（90 <= 85 不成立）

4 算术运算重载

我们可以让自定义类的实例支持 +、-、*、/ 等运算，只需实现对应的魔术方法。比如 a + b 会自动触发 a.__add__(b)。

除了基本运算方法外，还有对应的反向方法，用于处理运算顺序相反的情况（如 b + a 当 a 不支持加法时，会调用 b 的反向方法）。

魔术方法	对应运算	作用	反向方法
__add__	a + b	加法	__radd__
__sub__	a - b	减法	__rsub__
__mul__	a * b	乘法	__rmul__
__truediv__	a / b	真除法（返回浮点数）	__rtruediv__
__floordiv__	a // b	地板除法（返回整数）	__rfloordiv__
__mod__	a % b	取模	__rmod__
__pow__	a ** b	乘方	__rpow__

4.1 __add__ 与 __radd__：实现加法（+）运算

__add__ 方法用于定义 “加法” 运算的逻辑，当使用 + 运算符时自动调用。__radd__ 作为反向方法，当左侧对象不支持加法运算时，会调用右侧对象的 __radd__ 方法。

class Number:def __init__(self, value):self.value = valuedef __add__(self, other):"""定义当前对象 + 另一个对象的逻辑"""if isinstance(other, Number):return Number(self.value + other.value)elif isinstance(other, (int, float)):return Number(self.value + other)return NotImplemented  # 不支持的类型返回NotImplementeddef __radd__(self, other):"""定义另一个对象 + 当前对象的逻辑（反向加法）"""# 对于加法，a + b 与 b + a 逻辑相同，直接调用 __add__return self.__add__(other)def __str__(self):return str(self.value)# 测试
n1 = Number(5)
n2 = Number(3)
print(n1 + n2)  # 输出: 8（调用n1.__add__(n2)）
print(n1 + 2)   # 输出: 7（调用n1.__add__(2)）
print(2 + n1)   # 输出: 7（2不支持加法，调用n1.__radd__(2)）

4.2 __sub__ 与 __rsub__：实现减法（-）运算

__sub__ 方法用于定义 “减法” 运算的逻辑，当使用 - 运算符时自动调用。__rsub__ 作为反向方法，处理 b - a 当 b 不支持减法时的情况。

class Length:def __init__(self, cm):self.cm = cm  # 长度（厘米）def __sub__(self, other):"""定义当前对象 - 另一个对象的逻辑"""if isinstance(other, Length):return Length(self.cm - other.cm)elif isinstance(other, (int, float)):return Length(self.cm - other)return NotImplementeddef __rsub__(self, other):"""定义另一个对象 - 当前对象的逻辑（反向减法）"""if isinstance(other, (int, float)):return Length(other - self.cm)return NotImplementeddef __str__(self):return f"{self.cm}cm"# 测试
l1 = Length(10)
l2 = Length(4)
print(l1 - l2)  # 输出: 6cm（调用l1.__sub__(l2)）
print(l1 - 3)   # 输出: 7cm（调用l1.__sub__(3)）
print(15 - l1)  # 输出: 5cm（调用l1.__rsub__(15)）

4.3 __mul__ 与 __rmul__：实现乘法（*）运算

__mul__ 方法用于定义 “乘法” 运算的逻辑，当使用 * 运算符时自动调用。__rmul__ 作为反向方法，处理 b * a 当 b 不支持乘法时的情况。

class Vector2D:def __init__(self, x, y):self.x = xself.y = ydef __mul__(self, scalar):"""定义向量 * 标量的逻辑（向量缩放）"""if isinstance(scalar, (int, float)):return Vector2D(self.x * scalar, self.y * scalar)return NotImplementeddef __rmul__(self, scalar):"""定义标量 * 向量的逻辑（反向乘法）"""# 对于标量乘法，a * v 与 v * a 逻辑相同return self.__mul__(scalar)def __str__(self):return f"Vector2D({self.x}, {self.y})"# 测试
v = Vector2D(2, 3)
print(v * 2)    # 输出: Vector2D(4, 6)（调用v.__mul__(2)）
print(3 * v)    # 输出: Vector2D(6, 9)（调用v.__rmul__(3)）

4.4 __truediv__ 与 __rtruediv__：实现真除法（/）运算

__truediv__ 方法用于定义 “真除法” 运算的逻辑，当使用 / 运算符时自动调用，返回浮点数结果。__rtruediv__ 处理反向除法情况。

class Quantity:def __init__(self, amount):self.amount = amountdef __truediv__(self, other):"""定义当前对象 / 另一个对象的逻辑"""if isinstance(other, Quantity):return Quantity(self.amount / other.amount)elif isinstance(other, (int, float)):return Quantity(self.amount / other)return NotImplementeddef __rtruediv__(self, other):"""定义另一个对象 / 当前对象的逻辑（反向除法）"""if isinstance(other, (int, float)):return Quantity(other / self.amount)return NotImplementeddef __str__(self):return str(self.amount)# 测试
q1 = Quantity(10)
q2 = Quantity(2)
print(q1 / q2)  # 输出: 5.0（调用q1.__truediv__(q2)）
print(q1 / 5)   # 输出: 2.0（调用q1.__truediv__(5)）
print(20 / q1)  # 输出: 2.0（调用q1.__rtruediv__(20)）

4.5 __floordiv__ 与 __rfloordiv__：实现地板除法（//）运算

__floordiv__ 方法用于定义 “地板除法” 运算的逻辑，当使用 // 运算符时自动调用，返回整数结果（向下取整）。__rfloordiv__ 处理反向地板除法情况。

class Item:def __init__(self, count):self.count = count  # 物品数量def __floordiv__(self, other):"""定义当前对象 // 另一个对象的逻辑（整除）"""if isinstance(other, Item):return Item(self.count // other.count)elif isinstance(other, int):return Item(self.count // other)return NotImplementeddef __rfloordiv__(self, other):"""定义另一个对象 // 当前对象的逻辑（反向地板除法）"""if isinstance(other, int):return Item(other // self.count)return NotImplementeddef __str__(self):return str(self.count)# 测试
i1 = Item(10)
i2 = Item(3)
print(i1 // i2)  # 输出: 3（调用i1.__floordiv__(i2)）
print(i1 // 4)   # 输出: 2（调用i1.__floordiv__(4)）
print(15 // i1)  # 输出: 1（调用i1.__rfloordiv__(15)）

4.6 __mod__ 与 __rmod__：实现取模（%）运算

__mod__ 方法用于定义 “取模” 运算的逻辑，当使用 % 运算符时自动调用，返回除法的余数。__rmod__ 处理反向取模情况。

class Clock:def __init__(self, hour):self.hour = hour % 24  # 确保小时在0-23之间def __mod__(self, other):"""定义当前时间 % 另一个值的逻辑（取模）"""if isinstance(other, int):return Clock(self.hour % other)return NotImplementeddef __rmod__(self, other):"""定义另一个值 % 当前时间的逻辑（反向取模）"""if isinstance(other, int):return other % self.hourreturn NotImplementeddef __str__(self):return f"{self.hour}时"# 测试
c = Clock(25)  # 初始化时自动取模24，实际为1时
print(c % 12)   # 输出: 1时（调用c.__mod__(12)）
print(30 % c)   # 输出: 30 % 1 = 0（调用c.__rmod__(30)）

4.7 __pow__ 与 __rpow__：实现幂运算（**）

__pow__ 方法用于定义 “幂运算” 的逻辑，当使用 ** 运算符时自动调用，如 a** b 表示 a 的 b 次方。__rpow__ 处理反向幂运算情况。

class Power:def __init__(self, base):self.base = basedef __pow__(self, exponent):"""定义当前对象 **指数的逻辑（幂运算）"""if isinstance(exponent, (int, float, Power)):# 如果指数是Power对象，取其base值exp_val = exponent.base if isinstance(exponent, Power) else exponentreturn Power(self.base **exp_val)return NotImplementeddef __rpow__(self, base):"""定义基数** 当前对象的逻辑（反向幂运算）"""if isinstance(base, (int, float)):return Power(base **self.base)return NotImplementeddef __str__(self):return str(self.base)# 测试
p = Power(2)
print(p** 3)     # 输出: 8（调用p.__pow__(3)，2^3=8）
print(3 **p)     # 输出: 9（调用p.__rpow__(3)，3^2=9）p2 = Power(3)
print(p** p2)    # 输出: 8（调用p.__pow__(p2)，2^3=8）

5 容器行为重载

Python 中的列表（[]）、字典（{}）等容器，支持 len()（求长度）、obj[key]（索引 / 键访问）、for in（迭代）等操作。我们可以让自定义类也支持这些行为，只需实现对应的魔术方法。

魔术方法	触发时机	主要作用
__len__	len(obj) 时	返回对象长度
__getitem__	obj[key] 时	获取指定键 / 索引的元素
__setitem__	obj[key] = value 时	设置指定键 / 索引的元素
__delitem__	del obj[key]时	移除指定位置的元素
__contains__	item in obj 运算符时	判断元素是否存在
__iter__	for item in obj 循环时	返回迭代器

5.1 __len__：获取容器长度

__len__ 方法用于定义容器的长度计算逻辑，当调用 len() 函数时自动触发，返回一个整数表示容器中元素的数量。

class ShoppingCart:def __init__(self):self.items = []  # 存储购物车中的商品def add_item(self, item):"""添加商品到购物车"""self.items.append(item)def __len__(self):"""返回购物车中商品的数量"""return len(self.items)# 测试
cart = ShoppingCart()
cart.add_item("苹果")
cart.add_item("香蕉")
cart.add_item("橙子")print(len(cart))  # 输出: 3（购物车中有3件商品）

5.2 __getitem__：访问容器元素

__getitem__ 方法用于定义通过键或索引访问容器元素的逻辑，当使用 obj[key] 语法时自动触发，返回指定位置的元素。支持整数索引、切片和键访问。

class CustomList:def __init__(self, data):self.data = data  # 存储列表数据def __getitem__(self, key):"""支持索引和切片访问元素"""# 对索引进行范围检查if isinstance(key, int):if key < 0:key = len(self.data) + keyif 0 <= key < len(self.data):return self.data[key]raise IndexError("索引超出范围")# 支持切片操作elif isinstance(key, slice):return self.data[key]else:raise TypeError("索引必须是整数或切片")# 测试
cl = CustomList(["a", "b", "c", "d", "e"])
print(cl[0])     # 输出: a（访问单个元素）
print(cl[-1])    # 输出: e（访问最后一个元素）
print(cl[1:4])   # 输出: ['b', 'c', 'd']（切片访问）

5.3 __setitem__：设置容器元素

__setitem__ 方法用于定义为容器指定位置设置元素的逻辑，当使用 obj[key] = value 语法时自动触发，将值存储到指定位置。

class MutableArray:def __init__(self, size, default=0):self.size = sizeself.data = [default] * size  # 初始化指定大小的数组def __setitem__(self, index, value):"""设置指定索引位置的元素值"""if isinstance(index, int):# 处理负索引if index < 0:index = self.size + indexif 0 <= index < self.size:self.data[index] = valuereturnraise IndexError("索引超出数组范围")raise TypeError("索引必须是整数")def __getitem__(self, index):"""获取指定索引位置的元素值"""if isinstance(index, int):if index < 0:index = self.size + indexif 0 <= index < self.size:return self.data[index]raise IndexError("索引超出数组范围")raise TypeError("索引必须是整数")# 测试
arr = MutableArray(5)  # 创建大小为5的数组，默认值为0
arr[0] = 10
arr[2] = 20
arr[-1] = 30print(arr[0])   # 输出: 10
print(arr[2])   # 输出: 20
print(arr[-1])  # 输出: 30

5.4 __delitem__：删除容器元素

__delitem__ 方法用于定义删除容器中指定位置元素的逻辑，当使用 del obj[key] 语法时自动触发，移除指定位置的元素。

class TodoList:def __init__(self):self.tasks = []  # 存储待办任务def add_task(self, task):"""添加任务"""self.tasks.append(task)def __delitem__(self, index):"""删除指定索引的任务"""if isinstance(index, int):if 0 <= index < len(self.tasks) or -len(self.tasks) <= index < 0:del self.tasks[index]returnraise IndexError("任务索引不存在")raise TypeError("索引必须是整数")def __str__(self):return str(self.tasks)# 测试
todo = TodoList()
todo.add_task("学习Python")
todo.add_task("锻炼身体")
todo.add_task("阅读书籍")print(todo)  # 输出: ['学习Python', '锻炼身体', '阅读书籍']del todo[1]  # 删除索引为1的任务
print(todo)  # 输出: ['学习Python', '阅读书籍']

5.5 __contains__：判断元素是否存在

__contains__ 方法用于定义判断元素是否存在于容器中的逻辑，当使用 item in obj 或 item not in obj 语法时自动触发，返回布尔值表示判断结果。

class BookCollection:def __init__(self):self.books = set()  # 用集合存储书籍，提高查找效率def add_book(self, book_title):"""添加书籍到集合"""self.books.add(book_title)def __contains__(self, book_title):"""判断书籍是否在集合中"""return book_title in self.books# 测试
collection = BookCollection()
collection.add_book("Python编程入门")
collection.add_book("数据结构与算法")print("Python编程入门" in collection)  # 输出: True
print("机器学习实战" in collection)    # 输出: False
print("数据结构与算法" not in collection)  # 输出: False

5.6 __iter__：迭代容器元素

__iter__ 方法用于定义容器的迭代逻辑，当使用 for 循环遍历容器时自动触发，返回一个迭代器对象（通常是容器自身或内置迭代器），配合 __next__ 方法实现元素遍历。

class NumberRange:def __init__(self, start, end, step=1):self.start = startself.end = endself.step = stepdef __iter__(self):"""返回迭代器，用于遍历范围内的数字"""self.current = self.startreturn selfdef __next__(self):"""定义每次迭代返回的下一个值"""if (self.step > 0 and self.current < self.end) or \(self.step < 0 and self.current > self.end):value = self.currentself.current += self.stepreturn value# 迭代结束时抛出StopIteration异常raise StopIteration# 测试
# 遍历1到10的偶数
for num in NumberRange(2, 11, 2):print(num, end=" ")  # 输出: 2 4 6 8 10print()# 遍历10到1的奇数
for num in NumberRange(9, 0, -2):print(num, end=" ")  # 输出: 9 7 5 3 1

6 上下文管理器

上下文管理器用于定义对象在 with 语句中的行为，通过实现 __enter__ 和 __exit__ 方法，可以实现资源的自动分配与释放，确保资源在使用后得到正确处理（如文件关闭、数据库连接断开等）。

魔术方法	调用时机	主要作用
__enter__	进入 with 代码块时	准备资源（如打开文件、建立连接），返回的对象将赋值给 as 后的变量
__exit__	退出 with 代码块时（无论正常退出还是异常退出）	清理资源（如关闭文件、断开连接），处理可能的异常

6.1 __enter__：进入上下文时准备资源

__enter__ 方法在进入 with 代码块时被调用，主要用于准备所需资源（如打开文件、建立数据库连接等）。该方法的返回值会被赋值给 with 语句中 as 后面的变量，供 with 块内部使用。

class DatabaseConnection:def __init__(self, db_name):self.db_name = db_nameself.connection = None  # 数据库连接对象def __enter__(self):"""建立数据库连接并返回连接对象"""print(f"连接到数据库: {self.db_name}")# 模拟建立数据库连接self.connection = f"Connection to {self.db_name}"return self.connection  # 返回连接对象给as后的变量# 后面会实现__exit__方法

6.2 __exit__：退出上下文时清理资源

__exit__ 方法在退出 with 代码块时被调用（无论代码块正常执行完毕还是因异常中断），主要用于清理资源（如关闭文件、断开连接等）。它接收三个参数，用于处理可能发生的异常：

• exc_type：异常类型（若没有异常则为 None）
• exc_val：异常实例（若没有异常则为 None）
• exc_tb：异常追踪信息（若没有异常则为 None）

class DatabaseConnection:def __init__(self, db_name):self.db_name = db_nameself.connection = Nonedef __enter__(self):print(f"连接到数据库: {self.db_name}")self.connection = f"Connection to {self.db_name}"return self.connectiondef __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):"""关闭数据库连接，处理可能的异常"""print(f"关闭数据库连接: {self.db_name}")self.connection = None  # 模拟关闭连接# 处理异常（如果有的话）if exc_type:print(f"发生异常: {exc_type.__name__} - {exc_val}")# 返回True表示异常已处理，不会向外传播# 返回False表示异常未处理，会继续向外传播return True  # 此处选择处理异常# 测试正常情况
with DatabaseConnection("mydb") as conn:print(f"使用连接: {conn} 执行操作")
# 输出:
# 连接到数据库: mydb
# 使用连接: Connection to mydb 执行操作
# 关闭数据库连接: mydb# 测试异常情况
with DatabaseConnection("mydb") as conn:print("执行操作中...")raise ValueError("数据格式错误")  # 主动抛出异常
# 输出:
# 连接到数据库: mydb
# 执行操作中...
# 关闭数据库连接: mydb
# 发生异常: ValueError - 数据格式错误

7 可调用对象

可调用对象是指可以像函数一样被调用的对象。在 Python 中，通过实现 __call__ 魔术方法，我们可以让自定义类的实例具备可调用性，使对象能够以 obj() 的形式被调用，就像调用函数一样。

魔术方法	调用时机	主要作用
__call__	以 obj() 形式调用对象时	定义对象被调用时的行为，可以接收参数并返回结果

7.1 __call__：使对象可像函数一样调用

__call__ 方法用于定义对象被调用时的逻辑，当以 obj() 形式调用对象时自动触发。它可以接收任意数量的参数（包括位置参数和关键字参数），并返回处理结果，使对象具备类似函数的功能。

class Calculator:def __init__(self, operator):self.operator = operator  # 存储运算符（+、-、*、/）def __call__(self, a, b):"""定义对象被调用时的计算逻辑"""if self.operator == "+":return a + belif self.operator == "-":return a - belif self.operator == "*":return a * belif self.operator == "/":if b == 0:raise ValueError("除数不能为零")return a / belse:raise ValueError(f"不支持的运算符: {self.operator}")# 创建可调用对象（加法计算器）
add = Calculator("+")
print(add(3, 5))  # 输出: 8（对象像函数一样被调用）# 创建减法计算器
subtract = Calculator("-")
print(subtract(10, 4))  # 输出: 6# 创建乘法计算器
multiply = Calculator("*")
print(multiply(7, 6))  # 输出: 42

带状态的可调用对象

__call__ 方法的一个重要特性是可以访问对象的状态（属性），因此可调用对象可以在多次调用之间保持状态，这是普通函数难以做到的。

class Counter:def __init__(self, start=0):self.count = start  # 初始化计数器起始值def __call__(self, step=1):"""每次调用计数器，增加指定步长并返回当前值"""self.count += stepreturn self.count# 创建计数器对象，从0开始
counter = Counter()print(counter())    # 输出: 1（默认步长为1）
print(counter(2))   # 输出: 3（步长为2，1+2=3）
print(counter(5))   # 输出: 8（步长为5，3+5=8）
print(counter.count)  # 输出: 8（直接访问当前状态）

带关键字参数的可调用对象

__call__ 方法支持关键字参数，使调用更加灵活：

class TextProcessor:def __init__(self, default_case="lower"):self.default_case = default_case  # 默认大小写处理方式def __call__(self, text, case=None):"""处理文本大小写，可通过参数覆盖默认设置"""# 如果调用时未指定case，使用默认设置case = case or self.default_caseif case == "lower":return text.lower()elif case == "upper":return text.upper()elif case == "title":return text.title()else:return text# 创建文本处理器，默认转为小写
processor = TextProcessor()print(processor("Hello World"))  # 输出: hello world（默认转为小写）
print(processor("hello world", case="upper"))  # 输出: HELLO WORLD（转为大写）
print(processor("hello world", case="title"))  # 输出: Hello World（首字母大写）

8 属性访问控制相关魔术方法

属性访问控制允许自定义类对属性的访问、设置、删除等操作进行精确控制，通过实现对应的魔术方法，可以在属性操作时添加验证、日志、计算等逻辑，增强类的安全性和灵活性。

魔术方法	调用时机	主要作用
__getattr__	访问不存在的属性时	定义访问不存在属性的处理逻辑
__getattribute__	访问任何属性时（包括存在的）	定义所有属性访问的统一处理逻辑
__setattr__	设置属性时（包括新增和修改）	定义设置属性的验证或处理逻辑
__delattr__	删除属性时	定义删除属性的限制或处理逻辑

8.1 __getattr__：访问不存在的属性时

__getattr__ 方法在访问对象不存在的属性时被调用，接收属性名作为参数，可以返回默认值、计算值或抛出异常，避免因访问不存在的属性而直接报错。

class User:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef __getattr__(self, attr):"""处理访问不存在属性的情况"""# 为常见的不存在属性提供默认值或提示if attr == "email":return f"{self.name.lower()}@example.com"  # 生成默认邮箱elif attr == "address":return "未填写地址"  # 返回默认值else:# 对于其他不存在的属性，抛出 AttributeErrorraise AttributeError(f"User 对象没有属性 '{attr}'")# 测试
user = User("Alice", 30)
print(user.name)    # 输出: Alice（访问存在的属性，不触发 __getattr__）
print(user.email)   # 输出: [e-mail]（访问不存在的属性，触发 __getattr__）
print(user.address) # 输出: 未填写地址（访问不存在的属性，触发 __getattr__）# 访问完全不存在的属性
try:print(user.phone)
except AttributeError as e:print(e)  # 输出: User 对象没有属性 'phone'

8.2 __getattribute__：访问任何属性时

__getattribute__ 方法在访问任何属性（包括存在的和不存在的）时都会被调用，优先级高于 __getattr__。可以用于对所有属性访问进行统一控制（如日志记录、权限验证等），但需谨慎使用，避免递归调用。

class SecureData:def __init__(self, data):self.data = dataself.secret = "敏感信息"def __getattribute__(self, attr):"""控制所有属性的访问逻辑"""# 记录访问日志print(f"访问属性: {attr}")# 对敏感属性进行访问控制if attr == "secret":# 模拟权限检查has_permission = False  # 假设没有权限if not has_permission:raise PermissionError("没有访问敏感信息的权限")# 获取属性值（注意：必须使用 super().__getattribute__ 避免递归）return super().__getattribute__(attr)# 测试
data = SecureData({"name": "测试数据"})
print(data.data)  # 输出: 访问属性: data → {'name': '测试数据'}# 尝试访问敏感属性
try:print(data.secret)
except PermissionError as e:print(e)  # 输出: 没有访问敏感信息的权限

注意：在 __getattribute__ 中访问当前对象的属性时，必须使用 super().__getattribute__(attr) 或 object.__getattribute__(self, attr)，直接使用 self.attr 会导致无限递归。

8.3 __setattr__：设置属性时

__setattr__ 方法在设置任何属性（包括新增和修改）时被调用，接收属性名和属性值作为参数，可以对属性值进行验证、转换或限制，确保属性值符合预期。

class Product:def __init__(self, name, price):self.name = name  # 触发 __setattr__self.price = price  # 触发 __setattr__def __setattr__(self, attr, value):"""控制属性设置的逻辑"""# 对价格进行验证if attr == "price":if not isinstance(value, (int, float)):raise TypeError("价格必须是数字类型")if value < 0:raise ValueError("价格不能为负数")# 验证通过，设置属性（注意避免递归）super().__setattr__(attr, value)# 对名称进行验证elif attr == "name":if not isinstance(value, str) or len(value.strip()) == 0:raise ValueError("商品名称必须是非空字符串")super().__setattr__(attr, value.strip())# 允许设置其他属性else:super().__setattr__(attr, value)# 测试
try:# 价格为负数（无效）p1 = Product("手机", -1000)
except ValueError as e:print(e)  # 输出: 价格不能为负数try:# 名称为空（无效）p2 = Product("", 2000)
except ValueError as e:print(e)  # 输出: 商品名称必须是非空字符串# 有效属性设置
p3 = Product(" 笔记本电脑 ", 5999)
print(p3.name)  # 输出: 笔记本电脑（自动去除了首尾空格）
print(p3.price) # 输出: 5999

注意：在 __setattr__ 中设置属性时，必须使用 super().__setattr__(attr, value)，直接使用 self.attr = value 会导致无限递归。

8.4 __delattr__：删除属性时

__delattr__ 方法在删除属性时被调用，接收属性名作为参数，可以限制某些关键属性的删除，确保对象的完整性。

class Person:def __init__(self, name, id_card):self.name = nameself.id_card = id_card  # 身份证号为关键属性，不允许删除def __delattr__(self, attr):"""控制属性删除的逻辑"""# 禁止删除关键属性if attr == "id_card":raise AttributeError("身份证号是关键属性，不允许删除")# 允许删除其他属性（注意避免递归）super().__delattr__(attr)# 测试
person = Person("张三", "110101199001011234")# 删除普通属性（允许）
del person.name
try:print(person.name)
except AttributeError:print("name 属性已被删除")# 尝试删除关键属性（禁止）
try:del person.id_card
except AttributeError as e:print(e)  # 输出: 身份证号是关键属性，不允许删除

9 描述符协议相关魔术方法

描述符协议是 Python 中实现属性访问控制的高级机制，通过定义 __get__、__set__ 和 __delete__ 方法，可以创建一个描述符对象，用于管理另一个类的属性。描述符可以实现复杂的属性逻辑，如类型检查、值验证、懒加载等，广泛应用于 ORM 框架、数据验证等场景。

魔术方法	调用时机	主要作用
__get__	访问描述符管理的属性时	返回属性值，可添加获取逻辑
__set__	设置描述符管理的属性时	处理属性赋值，可添加验证逻辑
__delete__	删除描述符管理的属性时	处理属性删除，可添加限制逻辑

9.1 __get__：获取描述符值时

__get__ 方法在访问描述符管理的属性时被调用，接收三个参数：self（描述符实例）、instance（被管理的类实例）和 owner（被管理的类）。该方法返回属性的当前值，可在返回前添加计算、转换等逻辑。

class Temperature:"""温度描述符，将摄氏度转换为华氏度返回"""def __init__(self, celsius=0):self.celsius = celsius  # 存储摄氏度def __get__(self, instance, owner):"""获取值时，返回华氏度（摄氏度 * 1.8 + 32）"""if instance is None:return self  # 类访问时返回描述符自身return self.celsius * 1.8 + 32class Weather:# 使用描述符管理temperature属性temperature = Temperature()# 测试
weather = Weather()
print(weather.temperature)  # 输出: 32.0（默认0摄氏度 → 32华氏度）# 类访问时返回描述符自身
print(Weather.temperature)  # 输出: <__main__.Temperature object at 0x...>

9.2 __set__：设置描述符值时

__set__ 方法在设置描述符管理的属性时被调用，接收三个参数：self（描述符实例）、instance（被管理的类实例）和 value（要设置的值）。该方法可对值进行验证、转换后再存储，确保属性值符合预期。

class PositiveNumber:"""正数描述符，确保属性值为正数"""def __init__(self, name):self.name = name  # 存储属性名，用于在实例字典中保存值def __get__(self, instance, owner):"""获取值时，从实例字典中读取"""return instance.__dict__[self.name]def __set__(self, instance, value):"""设置值时，验证是否为正数"""if not isinstance(value, (int, float)):raise TypeError("值必须是数字类型")if value <= 0:raise ValueError("值必须是正数")# 验证通过，存储到实例字典中instance.__dict__[self.name] = valueclass Product:# 使用描述符管理价格和库存属性price = PositiveNumber("price")stock = PositiveNumber("stock")def __init__(self, name, price, stock):self.name = nameself.price = price  # 触发 __set__ 验证self.stock = stock  # 触发 __set__ 验证# 测试
try:# 价格为负数（无效）p1 = Product("手机", -1000, 50)
except ValueError as e:print(e)  # 输出: 值必须是正数try:# 库存为零（无效）p2 = Product("电脑", 5000, 0)
except ValueError as e:print(e)  # 输出: 值必须是正数# 有效设置
p3 = Product("耳机", 299, 100)
print(p3.price)  # 输出: 299
print(p3.stock)  # 输出: 100

9.3 __delete__：删除描述符值时

__delete__ 方法在删除描述符管理的属性时被调用，接收两个参数：self（描述符实例）和 instance（被管理的类实例）。该方法可限制某些重要属性的删除，或在删除时执行清理操作。

class ProtectedAttribute:"""受保护的属性描述符，限制删除操作"""def __init__(self, name, value):self.name = nameself.value = valuedef __get__(self, instance, owner):return self.valuedef __set__(self, instance, value):self.value = valuedef __delete__(self, instance):"""限制删除操作，关键属性不允许删除"""if self.name in ["id", "ssn"]:  # 身份证号、社会安全号等关键属性raise PermissionError(f"属性 '{self.name}' 是关键属性，不允许删除")# 允许删除非关键属性self.value = Noneclass User:# 使用描述符管理关键属性id = ProtectedAttribute("id", "1001")ssn = ProtectedAttribute("ssn", "123-45-6789")address = ProtectedAttribute("address", "未知地址")# 测试
user = User()# 尝试删除关键属性
try:del user.id
except PermissionError as e:print(e)  # 输出: 属性 'id' 是关键属性，不允许删除# 尝试删除非关键属性（允许）
del user.address
print(user.address)  # 输出: None（已被清空）

10 数值类型转换相关魔术方法

数值类型转换魔术方法允许自定义类的实例支持内置数值类型（如 int、float、bool、complex）的转换，通过实现这些方法，可以定义对象转换为特定数值类型时的行为，使自定义对象能更自然地参与数值运算和判断。

魔术方法	对应转换函数	调用时机	主要作用
__int__	int(obj)	调用 int() 转换对象时	定义对象转换为整数的逻辑
__float__	float(obj)	调用 float() 转换对象时	定义对象转换为浮点数的逻辑
__bool__	bool(obj)	调用 bool() 转换对象或判断真假时	定义对象的布尔值判断逻辑
__complex__	complex(obj)	调用 complex() 转换对象时	定义对象转换为复数的逻辑

10.1 __int__：转换为整数

__int__ 方法在调用 int(obj) 时被触发，返回一个整数，表示将对象转换为整数的结果。常用于定义对象的整数表示形式。

class Distance:"""距离类，存储米为单位的距离"""def __init__(self, meters):self.meters = metersdef __int__(self):"""转换为整数时，返回米的整数部分"""return int(self.meters)# 测试
d1 = Distance(150.8)
print(int(d1))  # 输出: 150（调用 __int__ 方法）d2 = Distance(200)
print(int(d2))  # 输出: 200

10.2 __float__：转换为浮点数

__float__ 方法在调用 float(obj) 时被触发，返回一个浮点数，表示将对象转换为浮点数的结果。常用于需要精确数值表示的场景。

class Weight:"""重量类，存储千克为单位的重量"""def __init__(self, kg):self.kg = kgdef __float__(self):"""转换为浮点数时，返回千克的浮点值"""return float(self.kg)# 测试
w1 = Weight(75)
print(float(w1))  # 输出: 75.0（调用 __float__ 方法）w2 = Weight(62.5)
print(float(w2))  # 输出: 62.5

10.3 __bool__：转换为布尔值

__bool__ 方法在调用 bool(obj) 或需要判断对象真假时（如 if 语句、逻辑运算）被触发，返回 True 或 False。如果未定义 __bool__，Python 会使用 __len__ 方法的结果（非零为 True），如果两者都未定义，所有对象默认视为 True。

class Inventory:"""库存类，存储商品数量"""def __init__(self, count):self.count = count  # 商品数量def __bool__(self):"""库存大于0则为True，否则为False"""return self.count > 0# 测试
inv1 = Inventory(10)
print(bool(inv1))  # 输出: True（库存大于0）inv2 = Inventory(0)
print(bool(inv2))  # 输出: False（库存为0）# 在条件判断中自动触发
if inv1:print("库存充足")  # 执行此句
else:print("库存不足")

10.4 __complex__：转换为复数

__complex__ 方法在调用 complex(obj) 时被触发，返回一个复数（形式为 real + imag*j），表示将对象转换为复数的结果。常用于科学计算场景。

class Vector:"""二维向量类，存储x和y分量"""def __init__(self, x, y):self.x = x  # 实部self.y = y  # 虚部def __complex__(self):"""转换为复数时，x为实部，y为虚部"""return complex(self.x, self.y)# 测试
v1 = Vector(3, 4)
print(complex(v1))  # 输出: (3+4j)（调用 __complex__ 方法）v2 = Vector(0, 5)
print(complex(v2))  # 输出: 5j

综合应用示例

以下实现一个类可以同时实现多个数值转换方法，使其能灵活地参与各种数值操作：

class DataValue:"""数据值类，支持多种数值转换"""def __init__(self, value):self.value = valuedef __int__(self):return int(round(self.value))  # 四舍五入为整数def __float__(self):return float(self.value)def __bool__(self):return self.value != 0  # 非零值为Truedef __complex__(self):return complex(self.value, self.value * 0.5)  # 虚部为实部的一半# 测试
data = DataValue(3.7)
print(int(data))     # 输出: 4
print(float(data))   # 输出: 3.7
print(bool(data))    # 输出: True
print(complex(data)) # 输出: (3.7+1.85j)data2 = DataValue(0)
print(bool(data2))   # 输出: False

11 使用建议

1. 谨慎使用：只在确实需要时实现魔术方法
2. 保持一致性：
   • 实现__eq__时也应实现__hash__
   • 实现比较运算符时最好实现全套
3. 性能考虑：魔术方法会被频繁调用，应保持高效
4. 文档说明：明确记录每个魔术方法的行为
5. 避免过度使用：不是所有类都需要成为"全能选手"