点此添加图片标题原标题|解开Python中的二进制算术运算BrettCannon翻译|豌豆花下的猫来源|Pythoncat语句|本翻译仅供交流学习，基于CCBY-NC-SA4.0许可协议。为便于阅读，内容略有修改。对我解释属性访问的博客文章的压倒性回应启发我写了另一篇关于Python语法中有多少实际上只是语法糖的文章。在本文中，我想谈谈二进制算术运算。具体来说，我想破译减法的工作原理：a-b。我故意选择减法，因为它不可交换。这可以强调操作顺序的重要性，而不是错误地执行a和b而仍然得到相同结果的加法。查看C代码按照惯例，我们首先查看CPython解释器编译的字节码。defsub():a-b...importdisdis.dis(sub)10LOAD_GLOBAL0(a)2LOAD_GLOBAL1(b)4BINARY_SUBTRACT6POP_TOP8LOAD_CONST0(None)10RETURN_VALUE看起来我们需要深入研究BINARY_SUBTRACT操作码。翻看Python/ceval.c文件，可以看到实现这个操作码的C代码如下：diff=PyNumber_Subtract(left,right);Py_DECREF(right);Py_DECREF(left);SET_TOP(diff);if(diff==NULL)gotoerror;DISPATCH();}来源：https://github.com/python/cpy...这里的关键代码是PyNumber_Subtract()，它实现了减法的实际语义。继续看这个函数的一些宏，可以找到binary_op1()函数。它提供了一种管理二进制操作的通用方法。但是，我们并没有将其作为实现的参考，而是使用了Python数据模型。官方文档非常好，清楚地介绍了减法使用的语义。从数据模型中学习通读数据模型的文档，你会发现在实现减法时，有两个方法起着关键作用：__sub__和__rsub__。1、__sub__()方法执行a-b时，会在a的类型中寻找__sub__()，然后将b作为其参数。这很像我关于属性访问的文章中的__getattribute__()，特殊/魔术方法是根据对象的类型解析的，而不是出于性能目的的对象本身；在下面的示例代码中，我使用_mro_getattr()指示此过程。因此，如果定义了__sub__()，则type(a).__sub__(a,b)将用于减法运算。（译注：魔术方法属于对象的类型，不属于对象）这意味着本质上，减法只是一个方法调用！你也可以理解为标准库中的operator.sub()函数。我们将模拟此函数来实现我们自己的模型，使用名称lhs和rhs分别表示a-b的左侧和右侧，以使示例代码更易于理解。通过调用__sub__()实现减法defsub(lhs:Any,rhs:Any,/)->Any:"""实现二元运算a-b."""lhs_type=type(lhs)try:subtract=_mro_getattr(lhs_type,"__sub__")exceptAttributeError:msg=f"unsupportedoperandtype(s)for-:{lhs_type!r}和{type(rhs)!r}"raiseTypeError(msg)else:returnsubtract(lhs,rhs)2.让右边使用__rsub__()但是如果a没有实现__sub__()呢？如果a和b是不同的类型，那么我们尝试在b上调用rsub__()（__rsub中的“r”表示“右”，表示在运算符的右侧）。当操作的两侧是不同类型时，这确保了它们都有机会尝试使表达式起作用。当它们相同时，我们假设__sub__()将处理它。但是，即使双方具有相同的实现，您仍然必须调用__rsub__()以防其中一个对象属于另一个（子）类。3.不用关心类型现在，表达式的两边都可以参与运算了！但是，如果由于某种原因，一个对象的类型不支持减法（例如4-“stuff”）怎么办？在这种情况下，__sub__或__rsub__所能做的就是返回NotImplemented。这是Python返回的信号，它应该继续下一件事，试图让代码工作。对于我们的代码，这意味着在假设方法有效之前检查方法的返回值。减法的实现，表达式左右两边都可以参与运算:lhs_method=debuiltins._mro_getattr(lhs_type,"__sub__")exceptAttributeError:lhs_method=_MISSINGlhs.__rsub__（了解是否应该先调用rhs.__rub__）try:lhs_rmethod=debuiltins._mro_getattr(lhs_type,"__rsub__")exceptAttributeErrorlhs_rmethod=_MISSINGrhs.__rsub__rhs_type=type(rhs)try:rhs_method=debuiltins._mro_getattr(rhs_type,"__rsub__")除了AttributeError:rhs_method=_MISSINGcall_lhs=lhs,lhs_method,rhscall_rhs=rhs,rhs_method,lhsifnot=lhs_typeiscalls_type:,call_rhselse:calls=(call_lhs,)forfirst_obj,meth,second_objincalls:ifmethis_MISSING:continuevalue=meth(first_obj,second_obj)ifvalueisnotImplemented:returnvalueelse:raiseTypeError(f"unsupportedoperandtype(s))对于-:{lhs_type!r}和{rhs_type!r}")4.S子类优先于父类如果您查看__rsub__()的文档，您会注意到一条注释。它说如果一个减法表达式右边是左边的子类（真正的子类，同一个类不算），并且两个对象的__rsub__()方法不同，那么__sub__()就会被调用在先调用__rsub__()之前。换句话说，如果b是a的子类，则调用顺序相反。这似乎是一个奇怪的特例，但背后是有原因的。当你创建一个子类时，就意味着你在父类提供的操作上注入了新的逻辑。这种逻辑不一定要加在父类中，否则父类在对子类进行操作时，很容易重写子类想要实现的操作。具体来说，假设您有一个名为Spam的类，当您执行Spam()-Spam()时，您将获得LessSpam的一个实例。然后你创建一个名为Bacon的Spam子类，这样当你从Spam中减去Bacon时，你会得到VeggieSpam。如果没有上述规则，Spam()-Bacon()将导致LessSpam，因为Spam不知道减去Bacon会导致VeggieSpam。但是，按照上面的规则，会得到预期的结果VeggieSpam，因为表达式中会先调用Bacon.__rsub__()（如果计算是Bacon()-Spam()，那么就会得到正确的结果，因为先调用bacon.__sub__()，规则上说需要区分两个类的不同方法，而不仅仅是issubclass()判断的子类。）Python中减法的完整实现_MISSING=object()defsub(lhs:Any,rhs:Any,/)->Any:lhs.__sub__lhs_type=type(lhs)try:lhs_method=debuiltins._mro_getattr(lhs_type,"__sub__")exceptAttributeError:lhs_method=_MISSINGlhs.__rsub__(为了知道是否应该先调用rhs.__rub__):rhs_method=debuiltins._mro_getattr(rhs_type,"__rsub__")exceptAttributeError:rhs_method=_MISSINGcall_lhs=lhs,lhs_method,rhscall_rhs=rhs,rhs_method,lhsif(rhs_typeisnot_MISSING#Dowecare?rhs_typeisnotlhs_type#RHS可以是asubclass?andissubclass(rhs_type,lhs_type)#RHSisasubclass!andlhs_rmethodisnotrhs_method#r*实际上是不同的吗？):calls=call_rhs,call_lhseliflhs_typeisnotrhs_type:calls=call_lhs,call_rhselse:calls=(call_lhs,)forfirst_obj,meth,second_objincalls:ifmethis_MISSING:continuevalue=meth(first_obj,second_obj)ifvalueisnotNotImplemented:returnvalueelse:raiseTypeError(f"unsupportedoperandtype(s)for-:{lhs_type!r}and{rhs_type!r}")到其他两个元运算解决了减法运算，那么其他二元运算呢？好吧，事实证明它们的操作相同，只是碰巧使用了不同的特殊/魔术方法名称所以，如果我们可以概括这种方法，那么我们可以实现13个操作的语义：+、-、、@、/、//、%、*、<<、>>、&、^和|。由于闭包和Python在对象自省方面的灵活性，我们可以抽象出运算符函数的创建。一个创建闭包的函数，实际发现了二元运算的递辑_MISSING=object()def_create_binary_op(name:str,operator:str)->Any:"""创建二元运算函数。name参数指定名称用于二元运算的特殊方法的名称（例如__sub__的sub）。运算符名称是表示二元运算的标记（例如-用于减法）。"""lhs_method_name=f"__{name}__"defbinary_op(lhs:Any,rhs:Any,/)->Any:"""在Python中实现二进制操作的闭包。"""rhs_method_name=f"__r{name}__"lhs.__*__lhs_type=type(lhs)try:lhs_method=debuiltins._mro_getattr(lhs_type,lhs_method_name)exceptAttributeError:lhs_method=_MISSINGlhs.__r__(为了知道是否应该先调用rhs.__r__)try:lhs_rmethod=debuiltins._mro_getattr(lhs_type,rhs_method_name)exceptAttributeError:lhs_rmethod=_MISSING__rs_type*rhs.__r=类型（rhs）尝试：rhs_method=debuiltins._mro_getattr（rhs_type，rhs_method_name）除了AttributeError：rhs_method=_MISSINGcall_lhs=lhs,lhs_method,rhscall_rhs=rhs,rhs_method,lhsif(rhs_typeisnot_MISSING#Dowecare?andrhs_typeisnotlhs_type#RHScanbeasubclass?andissubclass(rhs_type,lhs_type)#RHSisasubclass!和lods_isnotrhs_method#r*实际上不同吗？）：calls=call_rhs,call_lhseliflhs_typeisnotrhs_type:calls=call_lhs,call_rhselse:calls=(call_lhs,)forfirst_obj,meth,second_objincalls:ifmethistinueconuevalue=MISSING:meth(first_obj,second_obj)ifvalueisnotImplemented:returnvalueelse:exc=TypeError(f"{operator}不支持的操作数类型：{lhs_type!r}和{rhs_type!r}")exc._binary_op=operatorraiseexc通过这段代码，可以将减法运算定义为_create_binary_op(“sub”,“-”)，然后根据需要重复定义其他运算。更多信息可以在本博客的“语法糖”选项卡中找到更多详细解释Python语法的文章。更正2020-08-19：修复了在__sub__()之前调用__rsub__()时的规则。2020-08-22：修复了类型相同时不调用__rsub__的问题；还压缩了转换代码，只保留打开和关闭代码，这让我的生活更轻松。2020-08-23：为大多数示例添加了内容
