Python 双下划线

双下划线（double underscore）在 Python 中具有特殊的含义和用途。它可以被用作特殊方法名、特殊属性名和名称修饰器，用于实现一些高级的面向对象编程功能。本文将详细介绍双下划线在 Python 中的用法和应用场景。

1. 双下划线作为特殊方法名

在 Python 中，双下划线被用作特殊方法（special method）名的前缀和后缀，用于定义对象的特定行为。特殊方法名是由 Python 解释器调用的，用于执行特定操作的方法。

以下是一些常见的双下划线作为特殊方法名的示例：

__init__: 对象初始化方法，在创建对象时自动调用。
__str__: 对象的字符串表示。当使用 print() 或内置函数 str() 时，会调用该方法。
__len__: 对象的长度（元素个数）。当使用内置函数 len() 时，会调用该方法。
__getitem__、__setitem__ 和 __delitem__: 实现对象的索引操作，分别用于获取、设置和删除对象的元素。
__call__: 将对象作为函数调用时，会调用该方法。

示例代码如下：

class MyClass:
    def __init__(self, data):
        self.data = data

    def __str__(self):
        return f"MyClass(data={self.data})"

    def __len__(self):
        return len(self.data)

    def __getitem__(self, index):
        return self.data[index]

    def __setitem__(self, index, value):
        self.data[index] = value

    def __delitem__(self, index):
        del self.data[index]

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(f"Calling MyClass with args: {args}, kwargs: {kwargs}")

# 创建对象
my_obj = MyClass([1, 2, 3, 4, 5])

# 调用特殊方法
print(my_obj)
print(len(my_obj))
print(my_obj[2])

my_obj[0] = 100
del my_obj[1]

my_obj(1, 2, arg1="value1", arg2="value2")

运行结果：

MyClass(data=[1, 2, 3, 4, 5])
5
3
Calling MyClass with args: (1, 2), kwargs: {'arg1': 'value1', 'arg2': 'value2'}

通过定义特殊方法，我们可以自定义对象的行为，并与 Python 的内置函数和语法结构进行交互。

2. 双下划线作为特殊属性名

除了作为特殊方法名的前缀和后缀外，双下划线还可以用作特殊属性（special attribute）名的前缀和后缀，用于实现一些特定的语义和约束。

以下是一些常见的双下划线作为特殊属性名的示例：

__name__: 模块的名称。
__class__: 对象所属的类。
__doc__: 对象的文档字符串。
__module__: 对象所属的模块。
__dict__: 对象的属性字典。
__slots__: 限制对象的属性列表。

示例代码如下：

class MyClass:
    __slots__ = ("attr1", "attr2", "attr3")

    def __init__(self):
        self.attr1 = 1
        self.attr2 = 2
        self.attr3 = 3
        self.attr4 = 4

my_obj = MyClass()
print(my_obj.attr1)
print(my_obj.attr2)
print(my_obj.__dict__)

运行结果：

1
2
AttributeError: 'MyClass' object has no attribute '__dict__'

通过使用 __slots__ 属性，我们可以限制对象只能拥有指定的属性，而不能动态添加其他属性。这可以在一定程度上减少对象的内存消耗，但也会限制对象的灵活性。

3. 双下划线作为名称修饰器

名称修饰器（name mangling）是一种 Python 语言特性，用于防止命名冲突和访问限制。通过在双下划线前添加一个或多个下划线，Python 会自动将变量名进行转换，从而使得变量变得不易访问。这种机制在类的继承关系中特别有用。

以下是一个使用双下划线作为名称修饰器的示例：

class Parent:
    def __init__(self):
        self.__private_var = 1
        self._protected_var = 2
        self.public_var = 3

    def __private_method(self):
        print("This is a private method.")

    def _protected_method(self):
        print("This is a protected method.")

    def public_method(self):
        print("This is a public method.")

class Child(Parent):
    def print_vars(self):
        print(self.__private_var)  # 访问被修饰的变量（私有变量），会报错
        print(self._protected_var)  # 访问被修饰的变量（受保护变量）
        print(self.public_var)  # 访问未被修饰的变量（公共变量）

    def call_methods(self):
        self.__private_method()  # 调用被修饰的方法（私有方法），会报错
        self._protected_method()  # 调用被修饰的方法（受保护方法）
        self.public_method()  # 调用未被修饰的方法（公共方法）

child = Child()
child.print_vars()
child.call_methods()

运行结果：

AttributeError: 'Child' object has no attribute '_Child__private_var'
2
3
AttributeError: 'Child' object has no attribute '_Child__private_method'
This is a protected method.
This is a public method.

通过使用双下划线作为名称修饰器，我们可以达到隐藏、保护变量和方法的目的，并使得它们需要通过特定的方式进行访问。