前言
Python是一种面向对象的语言，而特殊方法又是Python类中一个重点，因此学习Python类的特殊方法能够有助于设计出更加简洁、规范的代码架构。
Python类的特殊方法又称为魔术方法，它是以双下划线包裹一个词的形式出现，例如__init__。特殊方法不仅可以可以实现构造和初始化，而且可以实现比较、算数运算，此外，它还可以让类像一个字典、迭代器一样使用，可以设计出一些高级的代码，例如单例模式。
面向对象这个词大家应该都不陌生，在C++、Java等面向对象的语言中也经常出现，要想理解面向对象，首先要理解4个概念之间的关系：类、对象、实例、方法。
类：类是一种由不同属性、不同数据组成的一个集合。用直白的话来描述，它是由多种对象组成的一个组合，例如人是一个类，那么它包含男人、女人、儿童等对象。例如三角形是一个类，那么它包含等腰三角形、直角三角形、等边三角形等对象。
对象：前面介绍类中已经提到了对象这个词汇，一句话总结：对象具有具体状态和行为。例如直角三角形，它具有特定的状态和属性。
实例：对象就是类的一个实例。也许这有点绕，的确对象与实例之间的概念非常模糊。你可以理解为对象是一个概念性的存在，而实例是采取行为、动作的载体，以一段代码举例，
class Animal(object): pass animal = Animal()
其中Animal是一个类，而animal是一个实例，它可以访问类内的方法，实施“动作”和“行为”。
方法：定义在类外部的函数叫做函数，定义在类内部的函数称为方法。
这些概念在Python面向对象编程中非常概念，只有理解这些概念才能在后续学习中更加容易理解，对上述这些概念有一个简单的了解，在后续的讲解中会更加轻松。
完整代码
本讲所涉及的代码已经上传至github，需要的可以可以访问Jackpopc/advance-python完整链接，
https://github.com/Jackpopc/advance-python/blob/master/2-magic-method_1.ipynb
__new__与__init__
之所以把这个放在第一个，因为这个不仅非常常用，而且很容易被误解，甚至很多知名的书籍中都把这个特殊方法弄错。
很多博客和个别书籍中都把__init__当作类似于C++的构造方法，其实这个理解是错误的。
class Animal(object): def __new__(cls, *args, **kargs): instance = object.__new__(cls, *args, **kargs) print("{} in new method.".format(instance)) # return instance # 不返回实例 def __init__(self): print("{} in init method.".format(self)) animal = Animal() # 输出 <__main__.Animal object at 0x000002BB03001CF8> in new method.
以上面为例，我们对基类中的__new__进行重构，不让它返回实例，可以从输出结果可以看出，程序没有进入__init__方法。这是因为__new__是用来构造实例的，而__init__只是用来对返回的实例进行一些属性的初始化，我们在写一个类的时候首先都会写一个__init__方法去初始化变量，却很少使用__new__，因此就容易忽略__new__，其实在我们继承基类object(例如，class Animal(object))时同时就从基类中继承了__new__方法，所以就不需要重新在子类中实现，如果把上述注释取消掉，再看一下，
class Animal(object): def __new__(cls, *args, **kargs): instance = object.__new__(cls, *args, **kargs) print("{} in new method.".format(instance)) return instance def __init__(self): print("{} in init method.".format(self)) animal = Animal() # 输出 <__main__.Animal object at 0x000002BB03001B00> in new method. <__main__.Animal object at 0x000002BB03001B00> in init method.
可以看出，程序先运行到new中，然后进入init方法。
对于__init__应该都很熟悉，为什么很少使用__new__呢？因为大多数情况下我们是用不到它的。但是存在的即是合理的，它自然有自己的价值。
__new__在哪些场景能够用到呢？
当实现一些高级的软件设计模式可能会用到__new__方法，它主要有以下几点用处，
- 重构一些不可变方法，例如，int, str, tuple
- 实现单例模式(Singleton Pattern)
这里着重介绍一下单例模式。单例模式是一种常用的软件设计模式，有时候我们需要严格的限制一个类只有一个实例存在，一个系统只有一个全局对象，这样有利于协调系统的整体行为。先看一下我们常用的写法，
class NewInt(object): pass new1 = NewInt() new2 = NewInt() print(new1) print(new2) # 输出 <__main__.NewInt object at 0x000002BB03001390> <__main__.NewInt object at 0x000002BB02FF4080>
从输出可以看出，上述两个实例new1、new2地址不同，是两个实例。
然后通过__new__实现单例模式，
class NewInt(object): _singleton = None def __new__(cls, *args, **kwargs): if not cls._singleton: cls._singleton = object.__new__(cls, *args, **kwargs) return cls._singleton new1 = NewInt() new2 = NewInt() print(new1) print(new2) # 输出 <__main__.NewInt object at 0x000002BB02FF6080> <__main__.NewInt object at 0x000002BB02FF6080>
地址相同，指向同一个对象，所以每次实例化产生的实例都是完全相同的。
__enter__与__exit__
在介绍这两个特殊方法之前我们首先讲一下with语句。with语句主要用于对资源进行访问的场景，例如读取文件。以读取文件为例，我们可以使用open、close的方法，但是使用with语句有着无法比拟的优势。首先就是简洁，你不需要再写file.close的语句去关闭文件。其次，也是最重要的，它能够很好的做到异常处理，当处理过程中发生异常，它能够自动关闭、自动释放资源。以读取文件来对比一下两个功能，如果使用open、close方式需要打开、读取、关闭3个过程，
# file.txt fp = open("file.txt", "rb") fp.readline() fp.close()
而使用with语句只需要打开、读取两个过程，当执行完毕会自动关闭，
with open("file.txt", "rb") as fp: fp.readline()
说了这么多with语句的好处，这和__enter__与__exit__有什么关系？
__enter__与__exit__就是实现with的类特殊方法。
以一段代码来解释这两个特殊方法的使用，
class FileReader(object): def __init__(self): print("in init method") def __enter__(self): print("int enter method") return self def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb): print("in exit method") del self def read(self): print("in read") # with语句调用 with FileReader() as fr: fr.read() # 输出 in init method int enter method in read in exit method
从上面输出可以看出，程序先进去init方法进行初始化，然后进入enter特殊方法，然后通过fr.read调用read()方法，最后退出时调用exit方法。
这就是enter与exit的调用过程，
- __enter__：初始化后返回实例
- __exit__：退出时做处理，例如清理内存，关闭文件，删除冗余等
__str__与__repr__
一句话描述这两个特殊方法的功能：把类的实例变为字符串。我们都知道，我们可以用这种方法输出一个字符串，
print("Hello world!")
那我们怎么能够像字符串一样把实例输出出来？
可以通过__str__与__repr__来实现，
lass Person(object): def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def __str__(self): return "str: {} now year is {} years old.".format(self.name, self.age) def __repr__(self): return "repr: {} now year is {} years old.".format(self.name, self.age) person = Person("Li", 27) print(person) # 输出 str: Li now year is 27 years old.
可以看出，当使用print语句打印实例person时，能够像输出字符串那样把实例信息输出出来。但是可以看出，程序进入__str__方法，并没有进入__repr__，这就引出了这两个方法的不同之处，
- __str__：用于用户调用
- __repr__：用于开发人员调用
这似乎不太好理解，因为对于写程序的我们无法理解，何为用户？何为开发人员？简单的来说，__str__是用些Python脚本(.py)时使用，用print语句输出字符串信息。__repr__是我们在交互式环境下测试使用，例如cmd下的Python、ipython，例如在交互式环境下调用，
>>> person = Person("li", 27) >>> person repr: li now year is 27 years old.
更为简单的理解就是：__str__需要用print语句打印，__repr__只需输入实例名称即可。
__setattr__、__getattr__、__getattribute__与__delattr__
了解上述这4个方法之前，我们先来解释一下什么是属性？
也许很多同学已经清楚，但是我觉得还是有必要介绍一下，因为这是要讲的这3个特殊方法的关键。
class Person(object): def __init__(self, name, age, home, work): self.name = name self.age = age self.home = home self.work = work person = Person("Li", 27, "China", "Python") print(person.name) print(person.age) # 输出 Li 27
例如上面我们定义一个Person类，name、age、home、work就是它的属性，当实例化之后我们可以通过点.来访问它的属性。
我可以可以通过传入参数，赋值给self来定义类的属性，但是这样未免太固定了，当实例化之后就不能更改它的属性了，如果我们想获取、添加、删除属性怎么办？这就用到这里要讲的4个特殊方法，__setattr__、__getattr__、__getattribute__与__delattr__，它们的功能分别是，
- __setattr__：设置属性
- __getattr__：访问不存的属性时调用，可能会有同学有疑问，访问不存的属性要它干吗？可以用来做异常处理！
- __getattribute__：访问存在的属性，如果访问属性不存在的时候随后会调用__getattr__
- __delattr__：删除属性
以一个例子来说明一下，
class Person(object): def __init__(self, name): self.name = name def __setattr__(self, key, value): object.__setattr__(self, key, value) def __getattribute__(self, item): print("in getattribute") return object.__getattribute__(self, item) def __getattr__(self, item): try: print("in getattr") return object.__getattribute__(self, item) except: return "Not find attribute: {}".format(item) def __delattr__(self, item): object.__delattr__(item) person = Person("Li") print(person.name) print(person.age) # 输出 in getattribute Li in getattribute in getattr Not find attribute: age
从上面输出来看一下就可以明白，当获取属性name时，由于已经有了，则进入__getattribute__中，获取对应的属性，当获取属性age时，由于没有这个属性，则先进入__getattribute__，然后进入__getattr__，没有找到属性返回异常信息。
然后再来看一下看一下设置属性和删除属性，
person.age = 27 print(person.age) delattr(person, "age") print(person.age) # 输出 in getattribute 27 in delattr in getattribute in getattr Not find attribute: age
从输出结果可以看出，通过instance.attribute的方式可以设置属性，通过delattr可以删除属性。
