覆盖 Python 中的“点”运算符是不好的形式吗？

Question

通常，Python 中的句点表示类成员身份：

class A:
    a = 1

>>> A.a
1

不过，有时该语言似乎不够灵活，无法完全表达计算机科学以外领域的想法。考虑以下示例（为简洁起见，相当脆弱）使用相同的运算符看起来完全不同。

class Vector:
    def __init__(self, data):
        self.data = list(data)

    def dot(self, x):
        return sum([a*b for a, b in zip(self.data, x.data)])

    def __getattr__(self, x):
        if x == 'Vector':
            return lambda p: self.dot(Vector(p))
        return self.dot(globals()[x])

在这里，我们接管了__getattr__()，因此在 Python 会尝试从我们的向量中查找属性的许多场景中，它会计算数学点积。

>>> v = Vector([1, 2])
>>> v.Vector([3, 4])
11

>>> v.v
5

如果将此类行为的范围限制在感兴趣的领域，这样的设计模式有什么问题吗？

Answer 1

这是个坏主意。

为什么？因为你所说的“点运算符”并不是真正的运算符。这是因为右侧的“操作数”被解释为字符串，而不是表达式。这对您来说可能看起来微不足道，但它会产生很多有问题的后果：

• Python 程序员习惯于foo.bar 的意思是“取foo 对象的bar 属性”。将点转换为点积运算符打破了这种期望，并且会使阅读您的代码的人感到困惑。不直观。

• 这是模棱两可的，因为您无法知道用户是在尝试计算点积还是访问属性。考虑：

  >>> data = Vector([1, 2])
  >>> v.data  # dot product or accessing the data attribute?
  

  请记住，方法也是属性：

  >>> dot = Vector([1, 2])
  >>> v.dot  # dot product or accessing the dot method?
  

• 因为右边的操作数被解释为一个字符串，你必须跳过一大堆圈才能把那个字符串变成有用的东西——就像你试图用globals()[x]做的那样，它会查找一个变量在全球范围内。问题是 - 在某些情况下 - 完全不可能仅通过变量名来访问变量。无论您做什么，您都将永远无法访问不再存在的变量，因为它已经被垃圾回收了：

  def func():
      v2 = Vector([1, 2])
  
      def closure_func():
          return v.v2  # this will never work because v2 is already dead!
  
      return closure_func
  
  closure_func = func()
  result = closure_func()
  

• 因为右边的操作数是一个字符串，所以不能在右边使用任意表达式。您仅限于变量；尝试在右侧使用其他任何东西都会引发某种异常。更糟糕的是，它甚至不会像其他运算符那样抛出适当的TypeError：

  >>> [] + 1
  Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
  TypeError: can only concatenate list (not "int") to list
  >>> v.1
    File "<stdin>", line 1
      v.1
        ^
  SyntaxError: invalid syntax
  

• 与真正的运算符不同，“点运算符”只能在左侧操作数中实现。所有其他运算符可以在两个相应的 dunder 方法之一中实现，例如 + 运算符的 __add__ 和 __radd__。示例：

  >>> class Incrementer:
  ...     def __radd__(self, other):
  ...         return other + 1
  ... 
  >>> 2 + Incrementer()
  3
  

  这对于您的点积是不可能的：

  >>> my_v = MyCustomVector()
  >>> v.my_v
  AttributeError: 'MyCustomVector' object has no attribute 'data'
  

底线：在您的 Vector 类中实现 dot 方法是可行的方法。由于 dot 不是真正的运算符，因此试图将其变成一个必然会适得其反。

Answer 2

我不会推荐它。 “语言不够灵活，无法表达想法”是什么意思？在您的示例中，v.dot(u) 具有表现力并具有预期的效果。顺便说一句，这正是numpy 的做法。

Answer 3

如果你想使用向量，有一个大部分没有提到的特殊方法名称，叫做__matmul__。这带有相应的就地和反射方法__imatmul__ 和__rmatmul__。操作员是@：

a @ b
# corresponds to
a.__matmul__(b)