【Python基础 | 第八篇】魔法函数（Dunder Methods）核心详解

【Python基础 | 第八篇】魔法函数（Dunder Methods）核心详解

前言

Python 魔法函数（Magic Methods），也叫双下方法（Dunder Methods），是那些以双下划线开头和结尾的特殊方法，如__init__、__str__。它们不是给你主动调用的，而是由 Python 解释器在特定场景下自动触发。理解魔法函数，是写出"Pythonic"代码的关键一步。

本文覆盖 8 类核心魔法函数，每类配独立示例类，可直接运行。

目录

• 1. 对象生命周期：__new__ / __init__ / __del__
• 2. 字符串表示：__str__ / __repr__
• 3. 比较运算：__eq__ / __lt__ / __hash__
• 4. 算术运算：__add__ / __sub__ / __mul__
• 5. 容器协议：__len__ / __getitem__ / __setitem__ / __contains__
• 6. 可调用对象：__call__
• 7. 上下文管理器：__enter__ / __exit__
• 8. 属性访问：__getattr__ / __setattr__
• 总结

1. 对象生命周期：__new__ / __init__ / __del__

Python 创建对象分三步：创建实例 → 初始化属性 → 销毁回收，分别对应三个魔法函数。

调用顺序

cls 与 self 的区别

在__new__中参数是cls，在__init__中参数是self，这二者的区别：

代码示例

classBook:"""演示对象的创建、初始化和销毁过程"""def__new__(cls,*args,**kwargs):# __new__ 在 __init__ 之前调用，负责创建实例（返回类的实例）# 一般不需要重写，单例模式/不可变对象会用到print(f'[__new__] 创建{cls.__name__}实例')instance=super().__new__(cls)returninstancedef__init__(self,title,price):# __init__ 在实例创建后调用，负责初始化属性# Python 实例属性不需要提前声明——赋值即创建print(f'[__init__] 初始化 Book:{title}')self.title=title self.price=pricedef__del__(self):# __del__ 在对象被垃圾回收时调用（不保证立即触发）print(f'[__del__] 销毁 Book:{self.title}')

book=Book('Python 编程',59.0)# 输出:# [__new__] 创建 Book 实例# [__init__] 初始化 Book: Python 编程delbook# 主动触发销毁# 输出: [__del__] 销毁 Book: Python 编程

关于 Python 属性不需要提前声明

self.title = title这行代码本身就是在"创造"属性。Python 实例内部用__dict__字典存所有属性，赋值即创建，不需要像 Java/C++ 那样先声明。只有使用__slots__时才需要提前声明属性。

一句话总结：__new__造对象，__init__填属性，__del__收尾巴——99% 的情况你只需要写__init__。

2. 字符串表示：__str__ / __repr__

这两个方法都返回字符串，但目标受众不同。

核心区别

代码示例

classUser:def__init__(self,name,age):self.name=name self.age=agedef__str__(self):# 面向用户，由 print() / str() 触发returnf'用户{self.name}（{self.age}岁）'def__repr__(self):# 面向开发者，由 repr() 触发，理想情况可 eval 重建returnf"User(name='{self.name}', age={self.age})"

user=User('zhupeng',23)print(str(user))# 用户 zhupeng（23 岁）print(repr(user))# User(name='zhupeng', age=23)

只定义一个选哪个？

优先__repr__。因为__str__没定义时会自动回退到__repr__，反过来不行。

一句话总结：__str__告诉用户我是谁，__repr__告诉开发者怎么重建我。

3. 比较运算：__eq__ / __lt__ / __hash__

重载比较运算符后，自定义对象可以用==、<比较，用sorted()排序，放入set/ 当dict的 key。

注意事项

• 重写__eq__后必须重写__hash__，否则对象不能放入set/ 当dict的 key
• 返回NotImplemented而非False，让 Python 尝试反方向比较

代码示例

classScore:def__init__(self,subject,value):self.subject=subject self.value=valuedef__eq__(self,other):# == 运算符：判断两个分数是否相等ifnotisinstance(other,Score):returnNotImplementedreturnself.value==other.valuedef__lt__(self,other):# < 运算符：定义后可使用 sorted() 排序ifnotisinstance(other,Score):returnNotImplementedreturnself.value<other.valuedef__hash__(self):# 重写 __eq__ 后需要重写 __hash__returnhash((self.subject,self.value))def__repr__(self):returnf'Score({self.subject}={self.value})'

s1=Score('数学',90)s2=Score('英语',90)s3=Score('语文',80)print(s1==s2)# Trueprint(s1<s3)# Falseprint(sorted([s1,s2,s3]))# [Score(语文=80), Score(数学=90), Score(英语=90)]print({s1,s2,s3})# 可放入 set

一句话总结：想让对象能比较、能排序、能当 key？重写__eq__+__lt__+__hash__三件套。

4. 算术运算：__add__ / __sub__ / __mul__

通过算术运算符重载，让自定义对象支持+、-、*运算，代码更直观。

常用算术魔法函数一览

代码示例

classVector:"""演示算术运算符重载（二维向量）"""def__init__(self,x,y):self.x=x self.y=ydef__add__(self,other):# + 运算符：向量相加ifisinstance(other,Vector):returnVector(self.x+other.x,self.y+other.y)returnNotImplementeddef__sub__(self,other):# - 运算符：向量相减ifisinstance(other,Vector):returnVector(self.x-other.x,self.y-other.y)returnNotImplementeddef__mul__(self,scalar):# * 运算符：向量乘以标量ifisinstance(scalar,(int,float)):returnVector(self.x*scalar,self.y*scalar)returnNotImplementeddef__repr__(self):returnf'Vector({self.x},{self.y})'

v1=Vector(1,2)v2=Vector(3,4)print(v1+v2)# Vector(4, 6)print(v2-v1)# Vector(2, 2)print(v1*3)# Vector(3, 6)

一句话总结：算术魔法函数让你的对象像数字一样运算，返回NotImplemented交给 Python 处理类型不匹配。

5. 容器协议：__len__ / __getitem__ / __setitem__ / __contains__

实现这几个方法，你的对象就像内置容器一样支持len()、索引、in运算符和for遍历。

各方法触发场景

代码示例

classMyList:"""自定义容器，支持 len() / 索引 / in 运算符"""def__init__(self,items=None):self._items=list(items)ifitemselse[]def__len__(self):returnlen(self._items)def__getitem__(self,index):# 支持 for 循环遍历：Python 会从 index=0 开始调用，直到 IndexErrorreturnself._items[index]def__setitem__(self,index,value):self._items[index]=valuedef__contains__(self,item):returniteminself._itemsdef__repr__(self):returnf'MyList({self._items})'

ml=MyList([10,20,30])print(len(ml))# 3print(ml[1])# 20ml[1]=99print(20inml)# Falseprint(99inml)# Trueforiteminml:# 10 99 30print(item,end=' ')

一句话总结：实现__len__+__getitem__，你的对象就是半个列表；再加上__setitem__+__contains__，就是完整容器。

6. 可调用对象：__call__

定义__call__后，实例可以像函数一样被调用：obj()等价于obj.__call__()。

代码示例

classCounter:"""让实例像函数一样被调用"""def__init__(self,start=0):self.count=startdef__call__(self,step=1):# 实例() 触发self.count+=stepreturnself.count

counter=Counter()print(counter())# 1print(counter())# 2print(counter(10))# 12

实际应用场景

• 函数式编程：用带状态的可调用对象替代闭包
• 装饰器：带参数的装饰器通常用类 +__call__实现
• API 设计：model(x)比model.predict(x)更简洁

一句话总结：__call__让对象"可调用"，模糊了函数和对象的边界。

7. 上下文管理器：__enter__ / __exit__

实现这两个方法就能用with语句，自动管理资源的获取和释放。

执行流程

with MyContext() as obj: ← 触发 __enter__，返回值赋给 obj # 使用资源 pass ← 触发 __exit__，无论是否异常

__exit__参数说明

代码示例

classFileOpener:"""自定义 with 语句，自动管理文件资源"""def__init__(self,filename,mode='r'):self.filename=filename self.mode=mode self.file=Nonedef__enter__(self):# 进入 with 块时调用，返回值赋给 as 后的变量print(f'[__enter__] 打开文件{self.filename}')self.file=open(self.filename,self.mode,encoding='utf-8')returnself.filedef__exit__(self,exc_type,exc_val,exc_tb):# 退出 with 块时调用（无论是否异常）print(f'[__exit__] 关闭文件{self.filename}')ifself.file:self.file.close()returnFalse

withFileOpener('test.txt','w')asf:f.write('hello')# 输出:# [__enter__] 打开文件 test.txt# [__exit__] 关闭文件 test.txt

一句话总结：__enter__获取资源，__exit__释放资源，with语句保证不漏。

8. 属性访问：__getattr__ / __setattr__

这两个方法拦截属性的读取和赋值，可以实现动态属性、属性校验等高级功能。

关键区别

代码示例

classConfig:"""动态属性访问，类似字典但支持点号语法"""def__init__(self):# 用 object.__setattr__ 绕过自身的 __setattr__，避免无限递归object.__setattr__(self,'_data',{})def__getattr__(self,name):# 只有访问不存在的属性时才触发ifnameinself._data:returnself._data[name]raiseAttributeError(f'Config 没有属性:{name}')def__setattr__(self,name,value):# 任何属性赋值都会触发，包括 self.x = 1self._data[name]=valuedef__repr__(self):returnf'Config({self._data})'

cfg=Config()cfg.host='localhost'# 触发 __setattr__cfg.port=8080print(cfg.host)# 触发 __getattr__ → localhostprint(cfg.port)# 8080print(cfg)# Config({'host': 'localhost', 'port': 8080})

为什么要用object.__setattr__？

在__init__中self._data = {}会触发__setattr__，而__setattr__内部又访问self._data，此时_data还不存在，导致无限递归。object.__setattr__(self, '_data', {})直接绕过自定义的__setattr__，在底层设置属性。

一句话总结：__getattr__拦截"找不到的属性"，__setattr__拦截"所有赋值"——注意用object.__setattr__避开递归陷阱。

总结

8 类魔法函数速查表

使用原则

1. 不要滥用：魔法函数是给 Python 解释器调用的，不要在代码里主动obj.__str__()，应该用str(obj)
2. 返回NotImplemented：运算符重载遇到类型不匹配时，返回NotImplemented而非False，让 Python 尝试反向操作
3. 成对重写：重写__eq__必须重写__hash__；优先写__repr__而非__str__
4. 注意递归：__setattr__内部赋值会再次触发自己，用object.__setattr__绕过

如果用一句话总结：魔法函数是 Python 和你的对象之间的"契约"——你实现这些方法，Python 就知道如何创建、打印、比较、运算和销毁你的对象。

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