Python的对象协议

    Python是一门动态语言，Duck Typing概念遍布其中，所以其中的Concept并不是以类型的约束为载体，而是使用称作为协议的概念。那什么是Duck Typing呢？

    Duck Typing是鸭子类型，在动态语言中用的较多，是动态类型语言设计的一种风格。在这种风格中，一个对象有效的语义，不是由继承自特定的类或实现特定的接口决定，而是由当前方法和属性的集合决定。说白了就是并不关心对象是什么类型，只关心行为。

    这个概念的名字来源于由James Whitcomb Riley提出的鸭子测试，“鸭子测试”可以这样表述：

    “当看到一只鸟走起来像鸭子、游泳起来像鸭子、叫起来也像鸭子，那么这只鸟就可以被称为鸭子。”

 在鸭子类型中，关注的不是对象的类型本身，而是它是如何使用的。

看下面例子：

#coding=utf-8
class Duck:
    def quack(self):
        print u"嘎嘎嘎！"
    def feathers(self):
        print u"这是一只Duck。"

class Person:
    def quack(self):
        print u"hello,world！"
    def feathers(self):
        print u"这是人。"

def in_the_forest(duck):
    duck.quack()
    duck.feathers()

def game():
    donald = Duck()
    john = Person()
    in_the_forest(donald)
    in_the_forest(john)

game()

运行结果不用贴出来，都知道是什么。那么上面代码从何体现出Duck Typing风格呢？

    看看in_the_forest()函数，它对它的参数只有两个要求，那就是这个参数必须要有quack()和feathers()两个方法，不管它是什么类型，只要有这两个方法，都可以作为in_the_forest()函数的参数，而类Duck和Person都实现了这个方法，所以它们的实例都可以作为in_the_forest()的参数。这个就是鸭子类型，不关注对象类型本身，只关心行为。这一点更C++还是有很大区别的，我也学习过C++,也了解C++多态性以及虚函数所以感觉这差别还是蛮大的。

    现在来看看什么是协议吧，简单的说，在python中我需要调用你的某个方法，你正好有这个方法，这就是协议，比如在加法运算中，当出现加号（+）时，那么按照数值类型相关的协议，python会自动去调用相应对象的__add__()方法，这就是协议。

python中有很多协议，比如下面代码：

#coding=utf-8
a = 1
print dir(a)

结果如下：

['__abs__', '__add__', '__and__', '__class__', '__cmp__', '__coerce__', '__delattr__', '__div__', '__divmod__', '__doc__', '__float__', '__floordiv__', '__format__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__hash__', '__hex__', '__index__', '__init__', '__int__', '__invert__', '__long__', '__lshift__', '__mod__', '__mul__', '__neg__', '__new__', '__nonzero__', '__oct__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rand__', '__rdiv__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__', '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'imag', 'numerator', 'real']

上面代码中，a是整数对象，我们列出来该对象的所有属性，上面的属性列表中，以"__"开头并且以"__"结尾的基本上都是对象协议依赖的方法。是不是很多呀，我们可以将它们分成以下几类：

（1）类型转换协议

    类型转换协议，顾名思义就是用来进行类型转的咯，比如a=1，a是整型，想把它变成float浮点型，我们可以这样：

#coding=utf-8
a = 1
print type(a)
b = a.__float__()
print b
print type(b)

当然你也可以用内置函数float()。

除了__float__()外，还有__str__()、__repr__()、__int__()、__long__()、__nonzero__()等等，这些都是类型转换协议依赖的方法。

在这里提下__nonzero__()，他用t于将类转换为布尔值。通常在用类进行判断和将类转换成布尔值时调用。通常会在if等条件语句会调用该方法。比如：

#coding=utf-8
list1 = []
if list1:
    print "1"

上面代码在执行过程中，先会调用list1对象的__nonzero__()方法，判读它是不是空，是的话就会转换为False。假设有些对类没有定义__nonzero__()方法，那么将如何判断真假呢？此时对象会获取__len__()方法，如果该方法返回值为0，则表示为假。

如果一个类即没有定义__nonzero__()方法，也没有定义__len__()方法，那么该类的所有实例用if判断的话全为真。

比如看下面例子：

#coding=utf-8
class A:
    def __nonzero__(self):
        print u"定义了__nonzero__()方法"
        return 1

class B:
    def __len__(self):
        print u"没定义__nonzero__()方法，但定义了__len__()方法"
        return 1

class C:
    pass

if A():
    a = 1
    print a
if B():
    a = 2
    print a
if C():
    a = 3
    print a

运行结果如下：

希望上面的例子能够帮助你理解部分知识。

(2)用以比较大小的协议

这个协议依赖于__cmp__()方法，当两者相等时返回0，self<other时返回负值，反之返回正值。但是这种返回有点复杂，Python又定义了__eq__()、__ne__()、__lt__()、__gt__()等方法来实现相等、不等、小于和大于的判定。这也是Python对==,!=,<,>等操作符进行重载支撑的机制，也就是说重载这些操作符，就是要重新定义对应的方法。

（3）与数值类型相关的协议

这一类方法比较多，主要是数值之间的一些操作。

举个例子，比如C++中，"<<"可表示输出流，我们也可以将python中"<<"重载为具有输出流功能。代码如下：

#coding=utf-8
class endl(object):
    pass
class Cout(object):
    def __lshift__(self, other):
        if other is endl:
            print
            return
        print other
        return self
cout = Cout()
cout << "hello" << "world" << endl

运行结果如下：

不过在python中，将"<<"操作符重载为具有输出流功能，基本上是没有意义，在这里只是举例说明。

另外Python中还有一个特有的概念：反运算。例如a + b，调用的是a的__add__()方法，如果a没有__add__()方法，但b有，可是这种写法调用b.__add__()又不对的，这时候Python有了一个反运算协议，它会去检测b中有没有__radd__()，如果有的话，那么a为参数调用之。类似__radd__()方法，所有数值运算和位运算都之处，规则一律在前面加前缀r。

（4）容器类协议

既然为容器，那么肯定会有查询、取值、删除、赋值、求长度等等一系列动作行为，那么必有对应的方法与这些操作对应。打印出dir(list)的值，结果如下：

['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__delitem__', '__delslice__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getslice__', '__gt__', '__hash__', '__iadd__', '__imul__', '__init__', '__iter__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mul__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__reversed__', '__rmul__', '__setattr__', '__setitem__', '__setslice__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', 'append', 'count', 'extend', 'index', 'insert', 'pop', 'remove', 'reverse', 'sort']

其中：

求长度，也就是查询容器内有多少个对象，用__len__()方法，内置函数len()就是通过该方法实现的。

取值、删除、赋值依次对应__getitem__()、__delitem__()、__setitem__()，有些容器没有__setitem__()，比如字符串，应为字符串是不可变对象

__iter__()实现了迭代协议，__reversed__()则提供了对内置函数reversed()的支持，用来排序。

还有成员关系判定符in和not in，对应的方法是__contains__()

（5）可调用对象协议

可调用对象，也就是类似函数对象，能够让类实例表现的像函数一样，这样可以让每一个函数调用都有所不同。怎么理解这句话呢？还是看例子吧。

#coding=utf-8
class A(object):
    def __init__(self,name):
        self.name = name
    def __call__(self):
        print "dongn something with %s"%(self.name)

a = A('li lei')
b = A('han ×××')
print a()
print b()

运行结果如下：

看看上面的例子，我们能够像调用函数一样调用实例

对象通过提供__call__(slef, [,*args [,**kwargs]])方法可以模拟函数的行为，如果一个对象x提供了该方法，就可以像函数一样使用它，也就是说x(arg1, arg2...) 等同于调用x.__call__(self, arg1, arg2) 。

（6）哈希协议

如果对象有__hash__()方法，表示是一个可哈希对象。__hash__()方法支持这hash()这个内置函数。按照文档里面的解释“如果一个对象是可哈希的,那么在它的生存期内必须不可变(需要一个哈希函数),而且可以和其他对象比较(需要比较方法).比较值相同的对象一定有相同的哈希值”。

    这也就是说所有不可变的内置类型t都是可哈希的，比如string，tuple。所有可变的内置类型都是不可哈希的，比如list，dict（即没有__hash__()方法）。字典的key必须是可哈希的，所以tuple，string可以做key，而list不能做key。

（7）上下文管理器协议

这个在之前的博文中讲过，在此不做过多解释，可参考之前的相关博文。http://11026142.blog.51cto.com/11016142/1845862