9.1. numbers — 数字的抽象基类

源代码: Lib/numbers.py


numbers 模块 (PEP 3141) 定义了数字 抽象基类 的层次结构,其中逐级定义了更多操作。 此模块中所定义的类型都不可被实例化。

class numbers.Number

数字的层次结构的基础。如果你只想确认参数 x 是不是数字而不关心其类型,则使用``isinstance(x, Number)``。

9.1.1. 数字的层次

class numbers.Complex

内置在类型 complex 里的子类描述了复数和它的运算操作。这些操作有:转化至 complexboolrealimag+-*/abs()conjugate()==!=。 所有的异常,-!= ,都是抽象的。

real

抽象的。得到该数字的实数部分。

imag

抽象的。得到该数字的虚数部分。

abstractmethod conjugate()

抽象的。返回共轭复数。例如 (1+3j).conjugate() == (1-3j)

class numbers.Real

相对于 ComplexReal 加入了只有实数才能进行的操作。

简单的说,它们是:转化至 floatmath.trunc()round()math.floor()math.ceil()divmod()//%<<=>、 和 >=

实数同样默认支持 complex()realimagconjugate()

class numbers.Rational

子类型 Real 并加入 numeratordenominator 两种属性,这两种属性应该属于最低的级别。加入后,这默认支持 float()

numerator

摘要。

denominator

摘要。

class numbers.Integral

子类型 Rational 加上转化至 int。 默认支持 float()numeratordenominator。 在 ** 中加入抽象方法和比特字符串的操作: <<>>&^|~

9.1.2. 类型接口注释。

实现者需要注意使相等的数字相等并拥有同样的值。当这两个数使用不同的扩展模块时,这其中的差异是很微妙的。例如,用 fractions.Fraction 实现 hash() 如下:

def __hash__(self):
    if self.denominator == 1:
        # Get integers right.
        return hash(self.numerator)
    # Expensive check, but definitely correct.
    if self == float(self):
        return hash(float(self))
    else:
        # Use tuple's hash to avoid a high collision rate on
        # simple fractions.
        return hash((self.numerator, self.denominator))

9.1.2.1. 加入更多数字的ABC

当然,这里有更多支持数字的ABC,如果不加入这些,就将缺少层次感。你可以用如下方法在 ComplexReal 中加入``MyFoo``:

class MyFoo(Complex): ...
MyFoo.register(Real)

9.1.2.2. 实现算数运算

我们希望实现计算,因此,混合模式操作要么调用一个作者知道参数类型的实现,要么转变成为最接近的内置类型并对这个执行操作。对于子类 Integral,这意味着 __add__()__radd__() 必须用如下方式定义:

class MyIntegral(Integral):

    def __add__(self, other):
        if isinstance(other, MyIntegral):
            return do_my_adding_stuff(self, other)
        elif isinstance(other, OtherTypeIKnowAbout):
            return do_my_other_adding_stuff(self, other)
        else:
            return NotImplemented

    def __radd__(self, other):
        if isinstance(other, MyIntegral):
            return do_my_adding_stuff(other, self)
        elif isinstance(other, OtherTypeIKnowAbout):
            return do_my_other_adding_stuff(other, self)
        elif isinstance(other, Integral):
            return int(other) + int(self)
        elif isinstance(other, Real):
            return float(other) + float(self)
        elif isinstance(other, Complex):
            return complex(other) + complex(self)
        else:
            return NotImplemented

There are 5 different cases for a mixed-type operation on subclasses of Complex. I’ll refer to all of the above code that doesn’t refer to MyIntegral and OtherTypeIKnowAbout as “boilerplate”. a will be an instance of A, which is a subtype of Complex (a : A <: Complex), and b : B <: Complex. I’ll consider a + b:

  1. 如果 A 被定义成一个承认``b`` 的 __add__(),一切都没有问题。

  2. 如果 A 转回成“模板”失败,它将返回一个属于 __add__() 的值,我们需要避免 B 定义了一个更加智能的 __radd__(),因此模板需要返回一个属于 __add__()NotImplemented 。(或者 A 可能完全不实现 __add__() 。)

  3. 接着看 B__radd__() 。如果它承认 a ,一切都没有问题。

  4. 如果没有成功回退到模板,就没有更多的方法可以去尝试,因此这里将使用默认的实现。

  5. 如果 B <: A , Python 在 A.__add__ 之前尝试 B.__radd__ 。 这是可行的,是通过对 A 的认识实现的,因此这可以在交给 Complex 处理之前处理这些实例。

如果 A <: ComplexB <: Real 没有共享任何资源,那么适当的共享操作涉及内置的 complex ,并且分别获得 __radd__() ,因此 a+b == b+a

由于对任何一直类型的大部分操作是十分相似的,可以定义一个帮助函数,即一个生成后续或相反的实例的生成器。例如,使用 fractions.Fraction 如下:

def _operator_fallbacks(monomorphic_operator, fallback_operator):
    def forward(a, b):
        if isinstance(b, (int, Fraction)):
            return monomorphic_operator(a, b)
        elif isinstance(b, float):
            return fallback_operator(float(a), b)
        elif isinstance(b, complex):
            return fallback_operator(complex(a), b)
        else:
            return NotImplemented
    forward.__name__ = '__' + fallback_operator.__name__ + '__'
    forward.__doc__ = monomorphic_operator.__doc__

    def reverse(b, a):
        if isinstance(a, Rational):
            # Includes ints.
            return monomorphic_operator(a, b)
        elif isinstance(a, numbers.Real):
            return fallback_operator(float(a), float(b))
        elif isinstance(a, numbers.Complex):
            return fallback_operator(complex(a), complex(b))
        else:
            return NotImplemented
    reverse.__name__ = '__r' + fallback_operator.__name__ + '__'
    reverse.__doc__ = monomorphic_operator.__doc__

    return forward, reverse

def _add(a, b):
    """a + b"""
    return Fraction(a.numerator * b.denominator +
                    b.numerator * a.denominator,
                    a.denominator * b.denominator)

__add__, __radd__ = _operator_fallbacks(_add, operator.add)

# ...