Python——详解__str__, __repr__和__format__

今天是 Python专题的第10篇 文章，我们来聊聊Python当中的类。

打印实例

我们先从类和对象当中最简单的 打印输出 开始讲起，打印一个实例是一个非常不起眼的应用，但是在实际的编程当中却非常重要。原因也很简单，因为我们debug的时候往往会想看下某个类当中的内容是不是符合我们的预期。但是我们直接print输出的话，只会得到一个地址。

我们来看一个例子：

class point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

if __name__ == "__main__":
    p = point(3, 4)
    print(p)

在这段代码当中我们定义了一个简单的类，它当中有x和y两个元素，但是如果我们直接运行的话，屏幕上会输出这样一个结果：

<__main__.point object at 0x10a18c210>

这个是解释器在执行的时候这个实例的一些相关信息，但是对于我们来说几乎没有参考意义，我们想要的是这个实例当中具体的值，而不是一个内存当中的地址。

想要实现这个功能，我们有很多方法，下面我们一一来看。

__str__方法

__str__方法大家应该都不陌生，它类似于Java当中的toString方法，可以根据我们的需要返回实例转化成字符串之后的结果。

比如，我们可以在类当中重载这个方法，就可以根据我们的需要输出结果了：

class point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return 'x: %s, y: %s' % (self.x, self.y)

当我们运行它，得到的结果会是：

x: 3, y: 4

__str__和__init__, __len__很多函数一样是Python中的 特殊函数 ，在我们创建类的时候，系统会我们隐式创造许多这样的特殊函数。我们可以根据需要重载其中的一部分完成我们想要的功能。比如如果我们写的是一棵二叉树的类，我们还可以在__str__函数当中进行递归遍历所有的节点，打印出完整的树来。

__repr__方法

你也许可能也听说过__repr__函数，它也可以实现根据我们的需要自定义输出的功能。比如我们把上面的代码改下函数名，也可以得到一样的结果。

class point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __repr__(self):
        return 'x: %s, y: %s' % (self.x, self.y)

我们运行它，同样会得到：

x: 3, y: 4

这是为什么呢，难道__repr__和__str__是一样的吗？如果是一样的，Python的设计者干嘛要保留两个完全相同的函数呢， 为什么不去掉其中一个呢？

在分析原因之前，我们先来做一个实验，如果我们两个函数都重载，那么当我们输出的时候，程序执行的是哪一个呢？为了做好区分，我们把repr当中的输出的格式稍微修改一下。

class point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return 'x: %s, y: %s' % (self.x, self.y)

    def __repr__(self):
        return '<point x: %s, y: %s>' % (self.x, self.y)

我们运行之后，会发现输出的结果还是：

x: 3, y: 4

先别着急下结论，我们再把这段代码拷贝到 jupyter notebook 当中，我们这次不通过打印输出，而通过jupyter自带的交互框输出交互结果，我们再来看下：

奇怪，怎么结果就变成了__repr__的结果了呢？

其实这正是 反应了两者的区别 ，如果简单理解，这两个函数都是将一个实例转成字符串。但是不同的是，两者的使用场景不同，其中__str__更加侧重展示。所以当我们print 输出给用户或者使用str函数进行类型转化 的时候，Python都会默认优先调用__str__函数。而__repr__更侧重于这个实例的报告，除了实例当中的内容之外，我们往往还会附上它的类相关的信息， 因为这些内容是给开发者看的 。所以当我们在交互式窗口输出的时候，它会优先调用__repr__。

理论上来说，对于一个合格的__repr__函数要能够做到:

eval(repr(obj)) == obj

也就是说我们通过__repr__输出的内容执行之后可以再还原得到这个实例本身，当然在一些场景下这个非常难以实现，所以我们退而求其次，保证__repr__当中输出类和对象足够多的信息，方便开发者调试和使用即可。

另外多说一句，repr是report的缩写，所以它有一个报告的意思在里面，而str就只是转化成字符串而已。这两者还是有一定区别的。

format

Python当中最常用的输出函数除了上面两个之外，还有一个就是 format 。

比较简单的用法就是通过{}代表变量，然后按照顺序依次输入：

除此之外，我们还可以进一步 写明花括号里的变量名称 ，进一步增加可读性：

format的功能远不止如此，它还支持许多参数，类似于C语言当中的printf，可以通过不同的参数做到各种各样的输出。比如控制小数点后面保留的位数，或者是转化成百分数、科学记数法、左右对齐等功能。这里不一一列举了，大家用到的时候再查询即可。

我们当然可以使用format重新__repr__和__str__当中的逻辑，但这并不能体现它的强大。因为在Python当中，也为类提供了__format__这个特殊函数，通过重写__format__和使用format，我们可以做到更牛的功能。

format联合__format__

我们可以在类当中重载__format__函数，这样我们就可以在外部直接通过format函数来调用对象，输出我们想要的结果。

我们来看代码：

class point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return 'x: %s, y: %s' % (self.x, self.y)

    def __format__(self, code):
        return 'x: {x}, y: {y}'.format(x = self.x, y = self.y)

我们把刚才的__repr__改成了__format__，但是需要注意一个细节，我们 多加了一个参数code ，这是由于format当中支持通过参数来对处理逻辑进行配置的功能，所以我们必须要在接口处多加一个参数。加好了以后，我们就可以直接调用format(p)了。

到这里还没有结束，在有些场景当中，对于 同一个对象我们可能有多种输出的格式 。比如点，在有些场景下我们可能希望输出(x, y)，有时候我们又希望输出x: 3, y: 4，可能还有些场景当中，我们希望输出<x, y>。

我们针对这么多场景，如果各自实现不同的接口会非常麻烦。这个时候利用__format__当中的这个参数，就可以大大简化这个过程，我们来看代码：

formats = {
    'normal': 'x: {p.x}, y: {p.y}',
    'point' : '({p.x}, {p.y})',
    'prot': '<{p.x}, {p.y}>'
}

class point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

    def __str__(self):
        return 'x: %s, y: %s' % (self.x, self.y)

    def __format__(self, code):
        return formats[code].format(p=self)

我们在调用的时候就可以 通过参数来控制 我们究竟使用哪一种格式来格式化对象了：

也就是说通过重载__format__方法，我们 把原本固定的格式化的逻辑做成了可配置的 。这样大大增加了我们使用过程当中的灵活性，这种灵活性在一些问题场景当中可以大大简化和简洁我们的代码。对于Python这门语言来说，我个人感觉实现功能只是其中很小的一个部分，把代码写得简洁美观，才是其中的大头。这也是为什么很多人都说Python 易学难精 的原因。

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