重载运算符¶

在 Python 中，可以通过定义特殊方法（也称为魔术方法）来重载运算符，使得自定义的类可以使用 +、-、*、/ 等运算符。这些特殊方法通常以双下划线（__）开头和结尾，例如 __add__、__sub__、__mul__ 和 __truediv__。

1. 基本运算符重载¶

Python 允许你为自定义类重载以下运算符： | 运算符 | 方法 | |--------|--------| | + | __add__(self, other) | | - | __sub__(self, other) | | * | __mul__(self, other) | | / | __truediv__(self, other) | | // | __floordiv__(self, other) | | % | __mod__(self, other) | | ** | __pow__(self, other) |

2. 示例¶

假设我们有一个表示二维向量的 Vector2D 类，我们可以重载 +、-、* 和 / 运算符：

class Vector2D:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __add__(self, other):
        """重载 + 运算符"""
        if isinstance(other, Vector2D):
            return Vector2D(self.x + other.x, self.y + other.y)
        raise TypeError("Unsupported type for addition")

    def __sub__(self, other):
        """重载 - 运算符"""
        if isinstance(other, Vector2D):
            return Vector2D(self.x - other.x, self.y - other.y)
        raise TypeError("Unsupported type for subtraction")

    def __mul__(self, scalar):
        """重载 * 运算符（数乘）"""
        if isinstance(scalar, (int, float)):
            return Vector2D(self.x * scalar, self.y * scalar)
        raise TypeError("Multiplication only supports scalars")

    def __truediv__(self, scalar):
        """重载 / 运算符（数除）"""
        if isinstance(scalar, (int, float)):
            if scalar == 0:
                raise ZeroDivisionError("Division by zero")
            return Vector2D(self.x / scalar, self.y / scalar)
        raise TypeError("Division only supports scalars")

    def __repr__(self):
        """定义对象的字符串表示"""
        return f"Vector2D({self.x}, {self.y})"

# 测试
v1 = Vector2D(3, 4)
v2 = Vector2D(1, 2)

print(v1 + v2)   # Vector2D(4, 6)
print(v1 - v2)   # Vector2D(2, 2)
print(v1 * 2)    # Vector2D(6, 8)
print(v1 / 2)    # Vector2D(1.5, 2.0)

3. 支持反向运算¶

Python 允许通过 __radd__、__rsub__、__rmul__ 等方法支持 反向运算（即 右侧操作数 参与计算）。例如：

class Vector2D:
    # (省略 __init__ 方法)

    def __mul__(self, scalar):
        """支持左乘"""
        if isinstance(scalar, (int, float)):
            return Vector2D(self.x * scalar, self.y * scalar)
        raise TypeError("Multiplication only supports scalars")

    def __rmul__(self, scalar):
        """支持右乘"""
        return self.__mul__(scalar)

# 测试
v = Vector2D(1, 2)
print(2 * v)   # Vector2D(2, 4)  （反向运算）

4. **支持 in-place 赋值运算符（+=、-=、*=、/=）**¶

Python 还提供了 __iadd__、__isub__、__imul__、__itruediv__ 等方法，使对象能够支持 +=、-= 等原地运算。例如：

class Vector2D:
    # (省略 __init__ 方法)

    def __iadd__(self, other):
        """支持 += 运算符"""
        if isinstance(other, Vector2D):
            self.x += other.x
            self.y += other.y
            return self  # 直接修改当前对象
        raise TypeError("Unsupported type for addition")

    def __isub__(self, other):
        """支持 -= 运算符"""
        if isinstance(other, Vector2D):
            self.x -= other.x
            self.y -= other.y
            return self
        raise TypeError("Unsupported type for subtraction")

# 测试
v1 = Vector2D(3, 4)
v2 = Vector2D(1, 2)

v1 += v2
print(v1)  # Vector2D(4, 6)

5. 支持比较运算符¶

可以重载 __eq__、__ne__、__lt__、__le__、__gt__、__ge__ 来支持比较运算：

class Vector2D:
    # (省略 __init__ 方法)

    def __eq__(self, other):
        """重载 == 运算符"""
        if isinstance(other, Vector2D):
            return self.x == other.x and self.y == other.y
        return False

# 测试
v1 = Vector2D(3, 4)
v2 = Vector2D(3, 4)
v3 = Vector2D(1, 2)

print(v1 == v2)  # True
print(v1 == v3)  # False

6. 总结¶

在 Python 中，可以通过重载运算符使自定义类支持各种操作。常见方法包括： - __add__、__sub__、__mul__、__truediv__ 处理 +、-、*、/。 - __radd__、__rmul__ 支持反向运算，如 2 * v。 - __iadd__、__isub__ 处理 +=、-= 等原地运算。 - __eq__、__ne__、__lt__、__le__ 处理比较运算。

通过运算符重载，可以让 Python 类更直观、更易用。