为何类上定义的@运算符重载与__getattr__无法直接生效？

问题重现 #

先看第一个示例，直接调用类方法正常，但使用@运算符执行失败：

class Foo:
    @classmethod
    def __matmul__(cls, other):
        return "abc" + other


print(Foo.__matmul__("def"))  # 正常运行，输出"abcdef"
print(Foo @ "def")  # 类型错误：不支持@运算符对'type'和'str'进行操作

__getattr__也存在同样的问题：

class Foo:
    @classmethod
    def __getattr__(cls, item):
        return "abc" + item


print(Foo.__getattr__("xyz")) # 正常运行，输出"abcxyz"
print(Foo.xyz) # 属性错误：类型对象'Foo'没有属性'xyz'

原因解析 #

Python中，类本身是元类的实例（默认元类是type）。当你对类对象（比如Foo）使用运算符或访问属性时，Python会去查找这个类的元类中定义的特殊方法，而不是类自身的类方法：

• 直接调用Foo.__matmul__("def")是普通的类方法调用，Python会直接找到Foo类上的这个方法，所以能正常执行。
• 但使用Foo @ "def"时，Python会去查找Foo的类型（也就是type）的__matmul__方法。默认的type元类没有实现这个方法，因此抛出类型错误。

同理，访问Foo.xyz时，当属性不存在，Python会尝试调用元类的__getattr__方法，而不是Foo类自身的类方法__getattr__，所以会触发属性错误。

解决方案：使用元类 #

将特殊方法定义在元类上，就能让类对象正常响应运算符或属性查找：

class MetaFoo(type):
    def __matmul__(cls, other):
        return "abc" + other


class Foo(metaclass=MetaFoo):
    pass


print(Foo.__matmul__("def"))  # 正常运行，输出"abcdef"
print(Foo @ "def")  # 正常运行，输出"abcdef"

这是Python的bug吗？ #

不是，这是Python的设计逻辑：类对象的行为由其元类控制，类自身的类方法仅用于类的直接调用或实例的间接调用，而类对象的特殊方法（运算符重载、属性查找等）需要在元类中定义。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者nick maxwell