numbers --- 數值的抽象基底類別

原始碼:Lib/numbers.py


numbers 模組 (PEP 3141) 定義了數值抽象基底類別 的階層結構,其中逐一定義了更多操作。此模組中定義的型別都不可被實例化。

classnumbers.Number

數值階層結構的基礎。如果你只想確認引數x 是不是數值、並不關心其型別,請使用isinstance(x,Number)

數值的階層

classnumbers.Complex

這個型別的子類別描述了複數並包含適用於內建complex 型別的操作。這些操作有:complexbool 的轉換、realimag+-*/**abs()conjugate()== 以及!=。除-!= 之外所有操作都是抽象的。

real

為抽象的。取得該數值的實數部分。

imag

為抽象的。取得該數值的虛數部分。

abstractmethodconjugate()

為抽象的。回傳共軛複數,例如(1+3j).conjugate()==(1-3j)

classnumbers.Real

相對於ComplexReal 加入了只有實數才能進行的操作。

簡單的說,有float 的轉換、math.trunc()round()math.floor()math.ceil()divmod()//%<<=>、和>=

實數同樣提供complex()realimagconjugate() 的預設值。

classnumbers.Rational

Real 的子型別,並增加了numeratordenominator 這兩種特性。它也會提供float() 的預設值。

numeratordenominator 的值必須是Integral 的實例且denominator 要是正數。

numerator

為抽象的。

denominator

為抽象的。

classnumbers.Integral

Rational 的子型別,並增加了int 的轉換操作。為float()numeratordenominator 提供了預設值。為pow() 方法增加了求餘 (modulus) 和位元字串運算 (bit-string operations) 的抽象方法:<<>>&^|~

給型別實作者的註記

實作者需注意,相等的數值除了大小相等外,還必須擁有同樣的雜湊值。當使用兩個不同的實數擴充時,這可能是很微妙的。例如,fractions.Fraction 底下的hash() 實作如下:

def__hash__(self):ifself.denominator==1:# 正確處理整數。returnhash(self.numerator)# 檢查費時,但絕對正確。ifself==float(self):returnhash(float(self))else:# 使用 tuple 的雜湊值以避免簡單分數上的高碰撞率。returnhash((self.numerator,self.denominator))

加入更多數值 ABC

當然,還有更多用於數值的 ABC,如果不加入它們就不會有健全的階層。你可以在ComplexReal 中加入MyFoo,像是:

classMyFoo(Complex):...MyFoo.register(Real)

實作算術操作

我們想要實作算術操作,來使得混合模式操作要麼呼叫一個作者知道兩個引數之型別的實作,要麼將其轉換成最接近的內建型別並執行這個操作。對於Integral 的子型別,這意味著__add__()__radd__() 必須用如下方式定義:

classMyIntegral(Integral):def__add__(self,other):ifisinstance(other,MyIntegral):returndo_my_adding_stuff(self,other)elifisinstance(other,OtherTypeIKnowAbout):returndo_my_other_adding_stuff(self,other)else:returnNotImplementeddef__radd__(self,other):ifisinstance(other,MyIntegral):returndo_my_adding_stuff(other,self)elifisinstance(other,OtherTypeIKnowAbout):returndo_my_other_adding_stuff(other,self)elifisinstance(other,Integral):returnint(other)+int(self)elifisinstance(other,Real):returnfloat(other)+float(self)elifisinstance(other,Complex):returncomplex(other)+complex(self)else:returnNotImplemented

Complex 的子類別有 5 種不同的混合型別操作。我將上面提到所有不涉及MyIntegralOtherTypeIKnowAbout 的程式碼稱作「模板 (boilerplate)」。aComplex 之子型別A 的實例 (a:A<:Complex),同時b:B<:Complex。我將要計算a+b

  1. 如果A 有定義成一個接受b__add__(),不會發生問題。

  2. 如果A 回退成模板程式碼,它將回傳一個來自__add__() 的值,並喪失讓B 定義一個更完善的__radd__() 的機會,因此模板需要回傳一個來自__add__()NotImplemented。(或者A 可能完全不實作__add__()。)

  3. 接著看B__radd__()。如果它接受a ,不會發生問題。

  4. 如果沒有成功回退到模板,就沒有更多的方法可以去嘗試,因此這裡將使用預設的實作。

  5. 如果B<:A,Python 會在A.__add__ 之前嘗試B.__radd__。這是可行的,因為它是透過對A 的理解而實作的,所以這可以在交給Complex 之前處理好這些實例。

如果A<:ComplexB<:Real 且沒有共享任何其他型別上的理解,那麼適當的共享操作會涉及內建的complex,並且分別用到__radd__(),因此a+b==b+a

由於大部分對任意給定類型的操作都十分相似的,定義一個為任意給定運算子生成向前 (forward) 與向後 (reverse) 實例的輔助函式可能會非常有用。例如,fractions.Fraction 使用了:

def_operator_fallbacks(monomorphic_operator,fallback_operator):defforward(a,b):ifisinstance(b,(int,Fraction)):returnmonomorphic_operator(a,b)elifisinstance(b,float):returnfallback_operator(float(a),b)elifisinstance(b,complex):returnfallback_operator(complex(a),b)else:returnNotImplementedforward.__name__='__'+fallback_operator.__name__+'__'forward.__doc__=monomorphic_operator.__doc__defreverse(b,a):ifisinstance(a,Rational):# 包含整數。returnmonomorphic_operator(a,b)elifisinstance(a,Real):returnfallback_operator(float(a),float(b))elifisinstance(a,Complex):returnfallback_operator(complex(a),complex(b))else:returnNotImplementedreverse.__name__='__r'+fallback_operator.__name__+'__'reverse.__doc__=monomorphic_operator.__doc__returnforward,reversedef_add(a,b):"""a + b"""returnFraction(a.numerator*b.denominator+b.numerator*a.denominator,a.denominator*b.denominator)__add__,__radd__=_operator_fallbacks(_add,operator.add)# ...