Python数据模型、类型协议和魔术方法

Question

是否有一个“思维导图”，UML图表，图形或某些实际参考资料来说明不同Python类型及其必须实现的魔术方法？

我正在使用Python 3.8。data model docs和built-in types docs文档非常简洁，如果能看到Python中不同类型的不同协议的总体概述将会很有帮助（例如，我已经“学习”（阅读？）了，要实现“类似不可变”的对象，必须遵守Python中的Immutable Protocol，这意味着您必须实现__len__和__getitem__。要使其“类似可变”，您必须进一步添加__setitem__和__delitem__）。

我在Python文档中搜索了很久，没有找到使用“protocol”这个词的地方。最接近的描述似乎来自collections抽象基类模块。然而，作为一个新手，我不确定collections.abc是否完全不同，或者那里提供的信息是否适用于Python内置类型（即list、tuple、dict等）。特别是因为collections.abc文档指出它“提供了替代Python通用内置容器dict、list、set和tuple”，其次是因为如果我想学习Python语言本身的默认内置函数，我不会想到去collections模块。

有没有可靠的资源？最好是采用继承关系格式，以免重复信息。例如，在我的示例中，与其说一个 mutable-like 对象实现 __len__, __getitem__, __setitem__, 和 __delitem__，如果它被"分块"并且信息是 "一个 mutable-like 对象从 immutable-like 继承而来，并添加了 __setitem__ 和 __delitem__"，那么对于我这种脑容量有限的人来说会更容易理解。

有什么想法吗？我认为这是新手困惑的重要原因之一，很多错误都源自于对 Python 数据类型的误解。

- A. Hendry

Answer 1

根据术语表的内容，这是我目前能做到的最好的。希望其他人能提供更多答案来扩展这个问题。

定义

• Mutable:一个在实例化后其值可以改变的对象
• Immutable:一个在实例化后其值不能改变的对象
• Container:一个包含对其他对象的引用的对象
• Sequence:一个由非负数索引的有限有序集合
• Mapping:一个由任意索引集合索引的有限集合对象
• Callable:可应用函数调用操作的类型
• Number (numbers):支持数值操作的不可变值
• Range:一系列不可变的数字
• String:通过索引访问的不可变字符序列
• Byte:一系列不可变的短整数
• List ([]):通过索引访问的可变对象序列
• Dictionary ({key: value}):通过键访问的可变映射对象
• Tuple (()):通过索引访问的不可变对象序列
• Set ({}):可变的无序唯一且不可变对象集合
• Frozen Set:不可变且可哈希的唯一且可哈希对象集合

类型

• 可排序/可比较：实现__eq__()和__lt__()，__le__()，__gt__()，__ge__()。对于包含检查（即与in一起使用），实现__contains__()或是一个Iterable
• 可迭代：能够逐个返回其成员的对象
• 迭代器：实现__iter__()（返回对象）和__next__()（从容器中返回下一个项；完成时引发StopIteration异常）
• 生成器：实现__iter__()（产生对象）和__next__()（从容器中产生下一个项；完成时引发StopIteration异常）
• 不可变序列：实现__hash__()
• 上下文管理：实现__enter__()和__exit__()（用于with语句中）
• 描述符：实现__get__()，__set__()和/或__delete__()

操作重载

• 序列：
  • + 表示连接
  • * 表示重复2

2 注意：在序列中，重复的项并不会被复制，而是被多次引用。如果需要创建独立的副本，请使用列表推导式或生成器表达式。

附加评论

• 内置类型是所有小写对象（例如列表、元组、字符串等）
• 所有序列都是可迭代的
• 要从旧对象创建新的不可变对象，必须创建一个新对象
• 集合和字典也支持推导
• 位运算可以用于集合上实现集合论操作（如并集、交集、对称差等）

序列类型的概念分组

1. 容器/扁平序列

   • 容器序列：可以容纳不同类型的项目（如list、tuple、collections.deque）
   • 扁平序列：只能容纳一种类型的项目（如str、bytes、bytearray、memoryview、array.array）

2. 可变/不可变序列

   • 可变序列：list、bytearray、array.array、collections.deque、memoryview
   • 不可变序列：tuple、str、bytes

另一个很好的参考资料是《流畅的Python》, 作者：Luciano Ramalho

- A. Hendry