Создание собственных типов данных в языке Python

Расширенные примеры пользовательских типов

Итератор на основе класса

Реализуем тип, который можно использовать в цикле for. Для этого определяются методы __iter__ и __next__.

class Countdown:
    def __init__(self, start):
        self.current = start

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.current <= 0:
            raise StopIteration
        value = self.current
        self.current -= 1
        return value

for num in Countdown(3):
    print(num)

3
2
1

Цикл for автоматически вызывает __iter__ и затем __next__ до возникновения StopIteration.

Контекстный менеджер (менеджер контекста)

Тип, поддерживающий конструкцию with, должен реализовать __enter__ и __exit__.

class ManagedFile:
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename

    def __enter__(self):
        self.file = open(self.filename, 'w')
        return self.file

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if self.file:
            self.file.close()

with ManagedFile('test.txt') as f:
    f.write('Hello, world!')

# Файл test.txt создан и записан, после блока with автоматически закрыт.

Метод __exit__ вызывается даже при исключении, что гарантирует освобождение ресурсов.

Дескриптор для валидации атрибутов

Дескриптор - это класс, реализующий __get__, __set__ или __delete__. Используется для перехвата доступа к атрибуту.

class PositiveNumber:
    def __set_name__(self, owner, name):
        self.name = name

    def __get__(self, obj, objtype=None):
        return obj.__dict__.get(self.name)

    def __set__(self, obj, value):
        if value <= 0:
            raise ValueError(f"{self.name} must be positive")
        obj.__dict__[self.name] = value

class Order:
    quantity = PositiveNumber()
    price = PositiveNumber()

    def __init__(self, quantity, price):
        self.quantity = quantity
        self.price = price

o = Order(10, 2.5)
print(o.quantity)  # 10
# o.quantity = -1   # ValueError

10

Дескрипторы позволяют реализовать валидацию, преобразование и вычисляемые атрибуты.

Пользовательское исключение

Собственные типы исключений наследуют от Exception (или его подкласса) и несут дополнительную информацию.

class InsufficientFundsError(Exception):
    def __init__(self, balance, amount):
        self.balance = balance
        self.amount = amount
        super().__init__(f"Недостаточно средств: баланс {balance}, требуется {amount}")

class BankAccount:
    def __init__(self, owner, initial_balance=0):
        self.owner = owner
        self.balance = initial_balance

    def withdraw(self, amount):
        if amount > self.balance:
            raise InsufficientFundsError(self.balance, amount)
        self.balance -= amount

acc = BankAccount("Иван", 100)
acc.withdraw(50)
# acc.withdraw(200)  # InsufficientFundsError

# При вызове acc.withdraw(200) возникнет исключение с сообщением.

Такие исключения упрощают обработку ошибок в сложных системах.

Метакласс для автоматической регистрации классов

Метакласс - это класс, экземпляром которого является класс. Позволяет изменять процесс создания класса.

class RegistryMeta(type):
    registry = {}

    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        new_class = super().__new__(cls, name, bases, attrs)
        if name != 'BasePlugin':  # Не регистрировать базовый класс
            cls.registry[name] = new_class
        return new_class

class BasePlugin(metaclass=RegistryMeta):
    pass

class PluginA(BasePlugin):
    def run(self):
        print("Plugin A executed")

class PluginB(BasePlugin):
    def run(self):
        print("Plugin B executed")

print(RegistryMeta.registry)

{'PluginA': , 'PluginB': }

Метаклассы используются во фреймворках (Django, SQLAlchemy) для автоматической настройки классов.