Python 对象当函数使及动态添加方法

继续阅读 《Python Tricks: The Book》，书中说到 "Objects Can Behave Like Functions", 就是把对象当成函数来调用，在普通对象后加个括号就能调用相应的 __call__ 函数。下面是书中的例子

class Adder:      def __init__(self, n):          self.n = n
    def __call__(self, x):          return self.n + x

然后是应用类 Adder 的代码

plus_3 = Adder(3)

plus_3(4)  # 普通对象 plus_3 当成函数来用

上面 plus_3 是一个普能的对象，并非一个函数，但如果把它当成函数来看待，那么 plus_3(4) 就会去寻找相应的 __call__ 函数。

这种行为与 Scala 的 case class 或  apply() 函数很类似。来一段 Scala 代码的演示

case class User(val id: Int) {
  def apply(name: String) {
    println(s"Id: ${id}, Hello ${name}")
  }
}
 
val user = User(1)  # case class 实例的创建，其实是 new User(1) 的缩写形式
user("Yanbin")

上面的 Scala 执行输出

Id: 1, Hello Yanbin

这里的对象 user 后直接加括号，当函数来对待实质是调用相应的 apply(name) 函数。

进一步延伸，对于自定义的类我们可以事先创建 __call__ 函数进行把对象当函数来用，但是对于别人创建的类是否能动态的添加 __call__ 方法呢？这一部分的内容或许与上面所介绍的无多大的关系，不过既然是观后感，不妨列在一块。

动态添加方法

比如说有一个没定义 __call__ 方法的类

class Adder:
    def __init__(self, n):
        self.n = n

如何实现出与前面同样的效果来

plus_3 = Adder(3)
plus_3(4)

上面的 plus_3(4) 会报 TypeError: 'Adder' object is not callable ，因为作为一个鸭子找不到 __call__ 方法。

其实也很简单，Python 的类或对象都是动态的，直接事后对 Adder 加个 __call__ 方法就成。下面写成 lambda 的形式

给类添加实例方法

这里我们定义一个 foo(self, x) 方法，后面的实例都使用相同的 foo 方法定义。

>>> def foo(self, x):
    self.n = self.n + x
    
>>> Adder.__call__ = foo
>>> plus_3 = Adder(3)
>>> plus_3(4)
>>> plus_3.n
>>> plus_3.__call__
<bound method foo of <__main__.Adder object at 0x7fac93f9e940>>

这里注意到 plus_3.__call__ 是一个 bound method .

给对象添加实例方法

如果持有的是一个 Adder 的对象 plus_3 ，不直接给 Adder 类增添 __call__ 属性，又该如何实现 plus_3(4) 的调用呢？用 plus_3.__class__ 就行。关键代码如下

>>> plus_3.__class__.__call__ = foo
>>> plus_3(4)          # 同样的效果

但是不能像下面那样直接给 plus_3 实例添加 __call__ 方法，比如下面的做法就有问题

>>> plus_3.__call__ = foo
>>> plus_3(4)      # 错误: TypeError: 'Adder' object is not callable
>>> plus_3.__call__(4)  # 错误: TypeError: foo() missing 1 required positional argument: 'x'
>>> plus_3.__call__
<function foo at 0x7fac97d04598>

plus_3.__call__ 是一个 function , 即 unbound method 。

plus_3.__call__(4) 中的参数传递给了 foo(self, x) 的第一个参数 self 了，而 x 没得到参数。

因为这时候 foo 并未当作一个实例方法，更准确讲是 bound method , 即方法的第一个参数是实例本身，通过用 self 作为形参名。

那是否能直接用 plus_3.__call__ 的方式来添加新的 bound method 方法呢？这时候可以应用  types 模块，下面进行尝试

>>> plus_3 = Adder(3)
>>> import types
>>> plus_3.__call__ = types.MethodType(foo, plus_3)
>>> callable(plus_3)
False                   # 所以仍然不能用 plus_3(4) 的方式
>>> plus_3.__call__(4)  # 前面确实添加了 __call__ 方法
>>> plus_3.n
6                       # 并且 self 也是凑效的
 
>>> plus_3.__call__
<bound method foo of <__main__.Adder object at 0x7fac93fb0438>>

上面虽然是可以添加上一个 __call__ 方法，它确实是一个  bound method , 但是只能显式的用  __call__ 来调用，有点特殊。再次尝试

>>> from functools import partial
>>> plus_3.__call = partial(foo, plus_3)
>>> callable(plus_3)
False                     # 仍然不是 callable
>>> plus_3.__call__(4)    # 这样没问题
>>> plus_3.__call__
functools.partial(<function foo at 0x7fac97d04598>, <__main__.Adder object at 0x7fac93fb0438>)

用 types.MethodType 确实可以添加 bound method , 但是由它添加的  __call__ 方法后并不能改变 callable 为 False 的特征，所以无法用 plus_3(4) 的方式来调用 __call__ 方法。同时证明了有  __call__ bound method 的对象也不一定能当作函数来调用。

一个 Python 对象的 callable 为 True ，直接当函数来调用也可能失败，但是 callable 为 False 的话，当函数调用必定失败。当有一个 bound __call__ 方法时， callable 仍然为 False 时就要深入 callable 的源代码来看判定规则了。

链接：

1. Adding a Method to an Existing Object Instance
2. callable(object)