Python继承类中运算符重载时如何选择正确对象类型？

问题场景 #

基类实现 #

定义了带运算符重载的Vector基类，__add__方法返回Vector对象，运行正常：

class Vector():
    def __init__(self, vector):
        self.vector = vector
        self.length = len(vector)

    ## 通用方法
    def output(self):
        return f"{self.__class__.__name__} {self.vector} {self.compute()}"

    ## 类特定方法
    def compute(self):
        return self.vector[0]  # 返回一维向量的长度

    ## 运算符重载
    def __add__(self, summand):
        d = []
        for i in range(self.length):
            d.append(self.vector[i] + summand.vector[i])
        return Vector(d)  # 硬编码返回基类实例

a = Vector([1])
b = Vector([2])
c = a + b
print(a.output())
print(b.output())
print(c.output())

输出符合预期：

Vector [1] 1
Vector [2] 2
Vector [3] 3

派生类问题 #

继承Vector的Vector2类重写了compute方法，但相加后返回的是Vector对象，导致compute结果错误：

class Vector2(Vector):
    def __init__(self, vector):
        super().__init__(vector)

    ## 重写类特定方法
    def compute(self):
        return self.vector[0] * self.vector[1]  # 返回二维向量的面积

d = Vector2([1,2])
e = Vector2([4,3])
f = e + d
print(d.output())
print(e.output())
print(f.output())

输出：

Vector2 [1, 2] 2
Vector2 [4, 3] 12
Vector [5, 5] 5  ## 预期应为25

现有方案缺陷 #

• 将运算符重载代码复制到派生类：违反代码复用原则，维护成本高，已弃用。
• 在基类运算符重载中判断类名返回对应对象：新增派生类时需修改基类，扩展性差，不满意。

解决方案：动态实例化当前类 #

修改基类的__add__方法，用self.__class__替代硬编码的Vector，动态创建与调用者同类型的对象：

def __add__(self, summand):
    d = []
    for i in range(self.length):
        d.append(self.vector[i] + summand.vector[i])
    return self.__class__(d)  # 使用当前实例的类构造新对象

修改后重新运行派生类代码，输出符合预期：

Vector2 [1, 2] 2
Vector2 [4, 3] 12
Vector2 [5, 5] 25

原理说明 #

self.__class__指向当前实例所属的类，当Vector2实例调用__add__时，self.__class__就是Vector2，因此新对象自动继承该类的所有重写方法。这种方式无需修改基类即可支持后续新增的派生类，完全符合代码复用和扩展性要求。

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