Python:比较协议

比较协议（Rich Comparison Protocol）是 Python 在处理大小比较与相等性判断时所遵循的一套核心规则。它规定了解释器在遇到 a < b、a == b、a >= b 等比较语法时，应当如何判定参与对象是否可以建立比较语义，以及在判定成立后，沿何种严格顺序展开执行路径。

理解比较协议，关键不在于记住若干特殊方法名，而在于把握一个更根本的逻辑：比较运算并不是对象主动执行的能力，而是解释器在比较语法语境下所采用的一套解释规则。

对象是否“可以比较”，并非其固有属性，而是解释器在特定语法结构中，对其类型结构应用比较协议后的判定结果。

一、什么是比较协议

在 Python 中，比较运算符包括：<、<=、>、>=、==、!= 等。

当解释器遇到如下语法：

a < b

它首先识别这是一次比较语法结构，然后触发比较协议解释路径。

比较协议是一套统一规则，但在不同运算符参与时，会沿不同的语义分支展开。例如“小于”与“相等”在语义层面并不等价，但它们共享同一协议分派模型。

比较协议并不是运行期实体，也不是某种接口类型。它存在于解释器的规则体系之中。

二、比较协议的方法构成

比较协议的核心方法共有六个，对应六种比较运算：

__lt__(self, other)   # <__le__(self, other)   # <=__gt__(self, other)   # >__ge__(self, other)   # >=__eq__(self, other)   # ==__ne__(self, other)   # !=

这些方法在类体执行阶段被创建为函数对象，并存储于类对象的字典中。它们不会因为名称特殊而自动生效。

比较协议不会通过通用属性查找路径（如 __getattribute__），而是由解释器直接读取类型对象的比较槽位结构（在 CPython 中对应 tp_richcompare）。

三、自定义比较语义（以小于为例）

比较协议允许用户通过定义特殊方法参与关系语义的建立。

例如：

class Score:    def __init__(self, value):        self.value = value    def __lt__(self, other):        if isinstance(other, Score):            return self.value < other.value        return NotImplemented

使用：

s1 = Score(60)s2 = Score(80)print(s1 < s2)   # True

自定义比较并不是“给对象添加排序能力”，而是在比较语境（如 s1 < s2）中，为解释器提供一个可被选中的协议入口。

四、实例属性不会影响比较协议

与大多数协议一致，比较协议的判定发生在类型层面，而不是实例字典。

例如：

class A:    passa = A()a.__lt__ = lambda other: Trueb = A()a < b   # TypeError

尽管实例 a 拥有名为 __lt__ 的属性，解释器在比较语境中不会通过普通属性访问机制进行判定，而是读取类型层的比较入口。

因此，比较能力来自类型结构，而非实例属性。

五、比较运算的严格分派顺序

以表达式：

a < b

为例，其解释路径如下：

1、若 type(a) 与 type(b) 不同，且 type(b) 是 type(a) 的真子类：

→ 按子类优先原则，优先尝试：

type(b).__gt__(b, a)

注意：对于 <，反向方法不是 __rlt__，而是 __gt__。因为 a < b 等价于    b > a。

2、若未触发子类优先规则，则进入标准正向路径：

type(a).__lt__(a, b)

3、若返回 NotImplemented，则尝试反向路径：

type(b).__gt__(b, a)

4、若仍返回 NotImplemented，抛出 TypeError。

说明：

（1）比较协议与数值运算协议一样，存在“对称协商机制”。不同的是，比较的对称性通过“对偶方法”实现，而非 r-方法命名体系。

（2）同样支持子类优先原则，右操作数的候选可能因子类关系而被优先提升。

因此，a < b 并不是简单调用某个方法，而是在比较语法语境下触发一次受规则控制的协议分派过程。

六、相等性比较的特殊性

相等运算，比如：

a == b

与大小比较不同，其失败处理方式具有特殊性。

解释路径为：

1、尝试 type(a).__eq__(a, b)；

2、若返回 NotImplemented，尝试 type(b).__eq__(b, a)；

3、若仍为 NotImplemented，则解释器退回到默认身份比较语义（等价于 a is b）。若两个对象身份相同，返回 True；否则返回 False。

因此，== 运算通常不会抛出 TypeError；若双方都不提供相等语义，则回退到比较对象身份。

这一点与 <、> 等运算不同，是比较协议中一个重要差异。

!= 的语义通常由 __ne__ 决定；若未实现 __ne__，则解释器通常会基于 __eq__ 的结果进行逻辑取反。

七、排序与比较协议

诸如：

sorted(iterable)

或列表的 .sort() 方法，本质上依赖比较协议中的 < 运算。

内部排序算法在比较两个元素时，解释器会触发 < 的比较协议路径。

因此，若对象未定义 < 语义或协商失败，排序操作将抛出 TypeError。

这再次说明，排序并不是对象“具有排序能力”，而是解释器在排序算法中反复触发比较协议。

八、比较协议的典型应用场景

比较协议贯穿多个核心语境：

1、条件判断（if / while）

2、排序与堆结构

3、集合与字典中的相等性判定（结合哈希协议）

4、去重与相等性判定

5、自定义数据结构的有序语义

这些场景的共同点在于：对象并未“执行比较”，而是在比较语法语境中被解释器按协议规则解释为可比较对象。

📘 小结

比较协议不是对象模型中的实体，而是一组由解释器遵循的比较规则。它规定了解释器在比较语法语境中如何判定对象是否可比较、如何在类型结构中寻找语义入口，以及在协商失败时如何处理。对象是否“可比较”，并不取决于名称或类别标签，而取决于解释器在特定语境下对其类型结构应用比较协议后的结果。