在Python类中重载__or__运算符

Question

假设我在用Python生成一个随机的水果篮子。首先，我创建了这个篮子：

basket = FruitBasket()

现在我想指定一些特定的水果组合可以出现在这个篮子里。假设我这个人很挑剔，篮子里要么全是苹果和石榴，要么是橙子和葡萄柚，或者只放香蕉。

我在研究Python的运算符重载，发现我可以定义 __or__ 和 __and__ 来实现我想要的功能。我觉得我可以这样做：

basket.fruits = (Apple() & Pomegranate()) | (Banana()) | (Orange() & Grapefruit())

这样做是没问题的，我创建了两个类（Or 和 And）。当调用 __or__ 或 __and__ 时，我只需要返回一个新的 Or 或 And 对象：

def __or__(self, other):
    return Or(self, other)

def __and__(self, other):
    return And(self, other)

我现在想弄明白的是，如何在不先实例化水果的情况下做到这一点？为什么我不能在基础的 Fruit 类上使用静态的 __or__ 方法？我试过这样做，但不成功：

class Fruit(object):
    @classmethod
    def __or__(self, other):
        return Or(self, other)

然后给水果赋值：

basket.fruits = (Apple & Pomegranate) | (Orange & Grapefruit) | (Banana)

结果我遇到了这样的错误：

TypeError: unsupported operand type(s) for |: 'type' and 'type'

有没有什么想法可以让这个工作？

Answer 1

你不能把特殊的方法（也叫钩子方法）作为类的方法添加到类里面，因为这些方法总是根据当前对象的类型来查找的。对于实例来说，是在类上查找；而对于类本身，它们是通过 type 来查找的。想了解更多原因，可以看看这个之前的回答。

这意味着你需要在 metaclass上实现这些方法；metaclass就像是类的类型：

class FruitMeta(type):
    def __or__(cls, other):
        return Or(cls, other)

    def __and__(cls, other):
        return And(cls, other)

那么对于Python 3：

class Fruit(metaclass=FruitMeta):

或者Python 2：

class Fruit(object):
    __metaclass__ = FruitMeta

Answer 2

__or__ 是根据对象的类型来查找的；对于一个 Fruit 实例来说，它的类型就是 Fruit；而对于 Fruit 本身来说，它的类型是 type。不过，你可以通过使用元类来改变 Fruit 的类型：

class FruitMeta(type):

    def __or__(self, other):
        return Or(self, other)


class Fruit(object):
    __metaclass__ = FruitMeta

（对于 Python 3，语法应该是 class Fruit(metaclass=FruitMeta):。）

这样做就能实现你想要的效果。比如 Apple | Banana（假设这两个是 Fruit 的子类）会产生 Or(Apple, Banana)。

不过，要非常小心这种设计方式。这有点像魔法，容易让人感到困惑。

（完整示例，使用 Python 2.7：）

>>> class Or(object):
...     def __init__(self, a, b):
...             self.a = a
...             self.b = b
...     def __repr__(self):
...             return 'Or({!r}, {!r})'.format(self.a, self.b)
... 
>>> class FruitMeta(type):
...     def __or__(self, other):
...             return Or(self, other)
... 
>>> class Fruit(object):
...     __metaclass__ = FruitMeta
... 
>>> class Apple(Fruit): pass
... 
>>> class Banana(Fruit): pass
... 
>>> Apple | Banana
Or(<class '__main__.Apple'>, <class '__main__.Banana'>)