理解Python中的算术运算符

Question

我目前的理解是，像 '+' 和 '-' 这样的算术运算符其实是一种特殊的方法，属于整数类。它们看起来有点不同，因为你不需要像这样写算术操作：x.__add__(y)，但实际上，当你写 x + y 时，背后就是在执行这个操作。

我第一个问题是：我这样理解对吗？

我的第二个问题是：在 __add__ 方法中发生了什么？我在任何文档中都找不到相关信息。我想理解这个过程是如何避免无限回归的，因为我只能想象这个方法像这样：

def __add__(a,b):
   return a + b

但当然，你并没有解释 '+' 是怎么回事，这就导致了无限回归。

我希望我的问题清楚，因为我脑海中有点模糊。基本上，我想对 Python 的基础知识有一个好的理解。（也许其他语言也是？）

Answer 1

你说得对：

class Test(object):

    def __add__(self, other):
        return self + other

这样会引发问题：

>>> a = Test()
>>> b = Test()
>>> a + b

Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#30>", line 1, in <module>
    a + b
  File "<pyshell#27>", line 4, in __add__
    return self + other
  ...
  File "<pyshell#27>", line 4, in __add__
    return self + other
RuntimeError: maximum recursion depth exceeded

不过，类的加法并不是这样实现的。通常，你会把实例的加法定义为对属性的加法，比如：

class Money(object):

    def __init__(self, amount):
        self.amount = amount

    def __add__(self, other):
        return Money(self.amount + other.amount)

在 __add__ 方法中对 amount 属性的加法，具体取决于 amount 的类型是怎么实现 __add__ 的，但因为：

>>> 1 + 2
3

这样工作，所以你可以假设这不是“乌龟”一直到底的情况！

Answer 2

其实，+这个符号是一个运算符，它是任何编程语言的基本组成部分。Python和大多数其他面向对象的编程语言允许你为自定义的类定义+运算符。这是通过在你新创建的类里定义__add__方法来实现的。

希望这能帮助你更好地理解。

Answer 3

对于数字类型来说，__add__这个方法很可能是用底层的原生代码实现的，所以出现无限递归的情况几乎不可能。因此，你写的返回值a+b实际上是调用了底层的原生代码。

Answer 4

关于 __add__(a, b) 这个数字相加的功能：

我不是Python专家，但我猜这个操作会调用一些底层的代码来实际进行计算。这个底层代码是用你正在使用的Python版本所写的语言实现的。例如，如果你使用的是CPython，那么它会调用一个用C语言写的（已经编译好的）函数来完成这个操作。

Answer 5

确实，Python会把+和-这两个操作符转换成.__add__()的调用，但它也会在第二个操作数上使用__radd__()方法来处理反向操作。这让自定义类型在和标准类型一起使用时，可以插入自己的逻辑。

当你执行x + y时，发生的事情是：

• 如果y是x的子类，首先会尝试y.__radd__(x)；这样可以让你用更具体的类来覆盖默认行为。
• 接着尝试x.__add__(y)，如果成功了，那就是这个表达式的结果。如果这个调用返回了特殊的NotImplemented，就继续到下一步。
• 再尝试y.__radd__(x)；如果成功了，那就是这个表达式的结果。如果它也返回NotImplemented，那么就会抛出一个TypeError异常，表示操作失败。

因为Python内置类型是用C语言实现的，所以__add__的实际实现不会引发竞争条件。int.__add__的C代码处理的是C整数值和C语言的+操作符，实际上就是把数字加在一起。

在自定义的Python对象中，通常是通过对属性或其他值进行相加来表达加法：

def __add__(self, other):
    if not isinstance(other, type(self)):
        return NotImplemented  # cannot handle other types
    return type(self)(self.foobar + other.foobar + self.summation_margin)

这些属性可能有自己的__add__实现。