Python中单下划线、双下划线及魔法方法的含义与区别

Python下划线命名理论概述

理论部分主要探讨Python中下划线命名的约定与机制。

• 在Python中，并不存在严格意义上的私有方法。为了模拟C++等语言中的私有成员，可以在类的方法或属性名前添加一个单下划线“_”。这表示该成员属于内部实现，不应被外部直接调用，它不属于公共API的一部分。需要注意的是，这仅仅是一个形式上的约定，Python解释器并不会阻止外部代码访问这些成员。
• 双下划线“__”的主要作用是避免名称冲突，特别是在子类继承时。其实现机制是Python解释器会自动对带有双下划线前缀的方法或属性进行名称改写，即在原名称前加上“_类名”。因此，直接通过原始名称调用带有双下划线前缀的成员会失败，必须使用改写后的名称才能访问。
• 以双下划线开头并以双下划线结尾的“__xx__”形式，通常被称为魔法方法（Magic Methods）。它们用于响应特定的语言内置操作或本地函数调用。例如，通过重写这些方法，可以自定义类的行为，如运算符重载或对象字符串表示等。

访问权限与继承机制

1、访问权限（private、public）与继承方式(只有public继承)。在面向对象编程中，类的属性和方法通常设置访问控制权限以满足设计需求。

一般而言，对象的属性会被设置为私有（private）或受保护（protected），即不允许外界直接访问；而方法通常设为公开（public），作为对象对外提供的接口。在Python中，属性和方法的访问权限主要分为公开和私有两种。若希望属性为私有，可在命名时使用两个下划线作为开头，如下方代码所示。

class Test:
 def __init__(self, foo):
  self.__foo = foo  # 私有属性

 # 定义私有函数，外界不可以直接访问，但是可以通过【_类名__函数名】去调用私有函数
 def __bar(self):
  print(self.__foo)
  print('__bar')

def main():
 """
 test = Test('hello')
 # AttributeError: 'Test' object has no attribute '__bar'
 test.__bar()
 # AttributeError: 'Test' object has no attribute '__foo'
 print(test.__foo)
 """
 
 # 使用以下这种方式就可以在类的外部调用类的私有属性与方法
 test._Test__bar()
 print(test._Test__foo)

if __name__ == "__main__":
 main()

在实际开发中，通常不建议将属性设置为严格私有，因为这会导致子类无法直接访问父类属性。因此，大多数Python程序员遵循一种命名惯例：使用单下划线开头来表示属性是受保护的。这意味着外部代码在访问此类属性时应保持谨慎。这并非语法层面的强制规则，单下划线开头的属性和方法在外部仍可被访问，因此它更多是一种暗示或隐喻，提示调用者不应直接访问该成员，同时不影响子类继承这些成员。

魔法方法__xx__()的使用

2、__xx__() 的使用场景与机制。

• 在Python中，如果方法名以“__xx__()”形式出现，则具有特殊功能，因此被称为“魔法”方法。
• 当使用print语句输出对象时，如果类中定义了__str__(self)方法，程序将调用该方法并打印其返回的数据。
• __str__()方法必须返回一个字符串，该字符串作为对象的字符串描述或表示。

数字时钟案例演示

案例：定义一个类描述数字时钟，展示魔法方法的实际应用。

import time

class Clock(object):
 """数字时钟"""

 def __init__(self, hour=0, minute=0, second=0):
  """初始化方法

  :param hour: 时
  :param minute: 分
  :param second: 秒
  """
  self._hour = hour
  self._minute = minute
  self._second = second

 def run(self):
  """走字"""
  self._second += 1
  if self._second == 60:
   self._second = 0
   self._minute += 1
   if self._minute == 60:
    self._minute = 0
    self._hour += 1
    if self._hour == 24:
     self._hour = 0

 def __str__(self):
  """显示时间"""
  return '%02d:%02d:%02d' %(self._hour, self._minute, self._second)


def main():
 clock = Clock(23, 59, 58)
 while True:
  print(clock)
  time.sleep(1)
  clock.run()

if __name__ == '__main__':
 main()

需要注意的是，Python类中的魔法方法（如__str__、__repr__等）并非私有成员。尽管它们以双下划线开头，但也以双下划线结尾，这种命名方式不属于私有成员的命名规范。

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