使用Python快速實現簡單的人臉檢測

Python筆記001-類的特殊方法

以下是我學習《流暢的Python》後的個人筆記，現在拿出來和大家共享，希望能幫到各位Python學習者。

本篇主要知識點：

類的特殊方法（一般都在前後帶有兩個下劃線，比如__len__和__getitem__），其存在的目的是被Python解釋器調用，而不是類的對象來調用。
對於自定義的類，一般無法體現出Python語言的核心特性，比如迭代和切片等，但是可以通過在自定義類中複寫__len__和__getitem__等特殊方法來實現這些核心功能。對象調用len()方法時實際上Python解釋器調用的是自定義類中的__len__，而對某個對象進行切片獲取元素，或者排序時，Python解釋器調用的是複寫的__getitem__。
在自定義類中複寫__getitem__至少可以獲得1.類對象的切片和獲取元素，2.對類對象進行迭代，可以是順序迭代也可以是逆序迭代，3.對類對象進行重新排序，4.對類對象進行隨機抽樣等多種功能。
類的特殊方法有多達100種，作爲示例，此處僅僅總結了加減乘除等的複寫方法，並將所有特殊方法都整理成相關表格，便於後續複寫某些特殊方法時作爲參考。

1. 特殊方法示例

這些特殊方法長得比較奇怪，那是因爲它提醒用戶，不要輕易調用這些方法，因爲它基本上是Python解釋器專用。

比如下面先建立一整副紙牌，它包含有一個屬性_cards，這個一個list，包含有52個Card對象。在複寫了__len__和__getitem__方法之後，就可以直接獲取到這個_cards屬性的總長度和對其進行排序，切片來獲取某幾張紙牌。

from collections import namedtuple
Card=namedtuple('Card', ['rank', 'suit']) # 單張紙牌類

class FrenchDeck: # 一副紙牌，包含4種花色，每種13種數字
    ranks = [str(n) for n in range(2, 11)] + list('JQKA') # 13種數字
    suits = 'spades diamonds clubs hearts'.split() # 四種不同花色：黑桃，方塊，梅花，紅桃

    def __init__(self):
        self._cards = [Card(rank, suit) for suit in self.suits
                                        for rank in self.ranks]
        # _cards屬性是所有紙牌的集合，一個list, 包含4種花色共52張牌

    def __len__(self):
        # 類FrechDeck的特殊方法：會計算所有紙牌的張數，即52
        return len(self._cards)

    def __getitem__(self, position):
        # 類FrechDeck的特殊方法：從52張牌獲取第position張牌
        return self._cards[position]

構建一副紙牌後，我們想知道里面有多少張牌，或者想知道第1張，第10張，最後一張紙牌分別是什麼：

## 通過len()獲取deck中一共有多少張牌
deck=FrenchDeck()
print(len(deck)) # 52
## 通過切片方法獲取某個位置的牌
print(deck[0]) # Card(rank='2', suit='spades')
print(deck[10]) # Card(rank='Q', suit='spades')
print(deck[-1]) # Card(rank='A', suit='hearts')

如果沒有複寫__len__函數，在 len(deck) 時會報錯： TypeError: object of type 'FrenchDeck' has no len() .

同理，如果沒有複寫__getitem__方法，在 deck[0] 時報錯： TypeError: 'FrenchDeck' object does not support indexing

可以對deck進行索引來獲取某一個位置的紙牌，那麼也就可以通過切片來獲取一個批次，符合一定條件的紙牌，比如下面獲取最後三張牌和牌面全是A的牌。

print(deck[-3:]) # 獲取最後三張牌
print(deck[12::13]) # 獲取全是A的牌，間隔型切片

同理，複寫了__getitem__方法後，就可以對deck對象進行迭代，不管是順序迭代還是逆序迭代都可以。

# 順序迭代
for card in deck[:10]:  # 只打印最前面的10張牌
    print(card)

# 逆序迭代
for card in reversed(deck[-10:]):  # 只打印最後面的10張牌
    print(card)

還可以判斷某張牌是否存在於該副牌內：

## 判斷某張牌是否存在於該副牌內：
print(Card('Q', 'hearts') in deck) # True
print(Card('Z', 'clubs') in deck) # False

有了__getitem__方法，就可以對所有紙牌進行排序操作，此處我們排序的規定是：梅花2最小，方塊2次之，紅桃2，黑桃2，梅花3.。。這種形式，所以要自定義一個排序方法，這個方法返回一個整數，代表每張牌的大小，那麼最小的梅花2就是0，最大的黑桃A就是51。

## 使用自定義方法對所有紙牌進行重新排序
suit_values = dict(spades=3, hearts=2, diamonds=1, clubs=0) # 將花色轉換爲數值
def spades_high(card):
    rank_value = FrenchDeck.ranks.index(card.rank) # 獲取某張牌的數字
    return rank_value * len(suit_values) + suit_values[card.suit]
    # 將某張牌的數字和花色換成整數返回

for card in sorted(deck, key=spades_high):  
  # 按照自定義方法spades_high得到的整數進行排序
    print(card)

小結一下：自定義類通過複寫__getitem__方法，可以獲得多種原來不存在的功能：比如切片功能，索引功能，還可以判斷某個對象是否存在於類對象列表中，還可以對類對象進行迭代操作和排序操作。

2. 特殊方法的使用

對於自定義的類型，使用這些特殊方法可以使得他們的表現具有某些Python核心功能，在你對這些自定義類型進行操作時，比如 len(deck) 時，Python解釋器會去找deck類的__len__方法。

而Python內置的類型，比如list, str, tuple等，Python解釋器則直接抄近路，會直接返回PyVarObject裏的Ob_size屬性，這是一個長度可變的C語言結構體，所以速度要比調用__len__方法快得多。

你自己對這些特殊方法的使用頻率會很低，因爲都是Python解釋器自動調用，只有類定義時的__init__方法例外。

2.1 自定義加減乘除功能

class Person:
    def __init__(self,name,age,score):
        self.name=name
        self.age=age
        self.score=score

    def __add__(self,other):
        # 此處僅僅是將得分相加
        return self.score+other.score

    def __sub__(self,other):
        # 此處將得分相減
        return self.score-other.score

    def __mul__(self,other):
        # 此處將兩個的年齡相乘
        return self.age*other.age

    def __truediv__(self,other):
        # 將兩個的得分相除
        return self.score/other.score

這個自定義類Person複寫了加減乘除方法，根據需要對裏面的屬性進行算術操作，那麼就可以用符號 +,-,*,/ 等進行操作，比如:

P1=Person('Jack',20,90)
P2=Person('Rose',18,60)
print(P1+P2) # 150
print(P1-P2) # 30
print(P1*P2) # 360
print(P1/P2) # 1.5

2.2 自定義print後的形式

還有一個非常常用的特殊函數： __repr__ ，它決定了print被直接調用後結果表現形式。

class Person:
    def __init__(self,name,age,score):
        self.name=name
        self.age=age
        self.score=score
    def __repr__(self):
        return 'Person(name={},age={},score={})'.format(self.name,self.age,self.score)

P1=Person('Jack',20,90)
print(P1) # Person(name=Jack,age=20,score=90)

如果沒有複寫 __repr__ ，在用 print(P1) 時，會得到內存地址信息，人眼無法判斷出具體內容，複寫之後，就可以按照我們想要的形式直接print。