Antwort.

Geschichtlicher Hintergrund

Python erlaubte schon in den ersten Versionen, Objekte miteinander zu vergleichen. Um zu beschreiben, was "größer" oder "gleich" für Ihre Objekte bedeutet, wurden spezielle Vergleichsmethoden (eq, ne, lt, le, gt, ge) erstellt. Mit der Einführung von PEP 207 (Python 2.1+) wurde ein einheitliches Vergleichsprotokoll implementiert, damit Programmierer das Verhalten beim Vergleichen explizit steuern können.

Problematik

Standardtypen (int, str) werden "nach Wert" verglichen, während benutzerdefinierte Klassen standardmäßig "nach Identität" (is) verglichen werden. Wenn man die magischen Vergleichsmethoden nicht implementiert oder falsch implementiert, führt der Vergleich von Objekten zu unerwartetem Verhalten bei der Arbeit mit Sammlungen, Sortierung, Verwendung von set und dict, und kann manchmal zu Typfehlern führen.

Lösung

Es ist notwendig, die Vergleichsmethoden in Ihrer Klasse explizit zu definieren. Am häufigsten implementiert man eq (Gleichheit) und lt (kleiner), die anderen Methoden können automatisch mit dem Dekorator functools.total_ordering erhalten werden.

Codebeispiel:

from functools import total_ordering

@total_ordering
class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    def __eq__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            return NotImplemented
        return self.x == other.x and self.y == other.y
    def __lt__(self, other):
        if not isinstance(other, Point):
            return NotImplemented
        return (self.x, self.y) < (other.x, other.y)

# Verwendung:
p1 = Point(1, 2)
p2 = Point(1, 3)
print(p1 < p2)   # True
print(p1 == p2)  # False

Hauptmerkmale:

Es ist notwendig, NotImplemented zurückzugeben, nicht TypeError, wenn der Vergleich mit einem unbekannten Typ erfolgt.
Eine falsche Implementierung einer Methode (z. B. eq) ohne entsprechenden hash führt zu Fehlern beim Arbeiten mit Mengen/Wörterbüchern.
functools.total_ordering erleichtert die Implementierung des gesamten Satzes von Vergleichen.

Trickfragen.

Kann man nur eine Vergleichsmethode (eq oder lt) implementieren, und alles wird funktionieren?

Nein. Wenn Sie nur eq implementieren, stellen Sie einen korrekten Vergleich auf Gleichheit sicher, aber die Operatoren <, >, <=, >= verhalten sich standardmäßig (in der Regel durch Vergleich von Objektidentitäten). Für das vollständige Verhalten sollten Sie ein ausreichendes Set von Methoden implementieren oder functools.total_ordering verwenden.

Warum gibt es compare(x, y) nicht in Python, wie in anderen Sprachen?

Python hat die Idee von speziellen "magischen" Methoden für jeden Operator übernommen, und die Funktion cmp wurde mit Python 3 entfernt. Für den allgemeinen Vergleich von Objekten werden die rich comparison Methoden (lt, eq usw.) verwendet, und für die Sortierung — der Parameter key in den Funktionen sort/sorted.

Was passiert, wenn man ein Objekt mit einem Typ vergleicht, für den die erforderliche Methode nicht implementiert ist?

Wenn in eq oder anderen Methoden NotImplemented bei nicht unterstützten Typen zurückgegeben wird, versucht Python automatisch, die umgekehrte Methode beim zweiten Operand zu verwenden, oder gibt False zurück. Wenn man diesen Fall nicht behandelt, kann es zu TypeError oder völlig unerwartetem Verhalten kommen.

Codebeispiel:

class Foo:
    def __eq__(self, other):
        return NotImplemented

class Bar:
    pass

print(Foo() == Bar())   # False (versucht über Bar.__eq__)

Typische Fehler und Anti-Patterns

Vergessen, hash bei überschriebenem eq zu implementieren — Objekte können nicht als Schlüssel in einem Wörterbuch verwendet werden.
Gibt True/False für jeden Typ zurück, ohne die Zugehörigkeit des Typs zu überprüfen, was unerwünschte Übereinstimmungen liefert.
Verletzung der Symmetrie: z.B. x == y True, aber y == x False.

Beispiel aus dem Leben

Negativer Fall

Ein Entwickler erstellte die Klasse User und implementierte nur eq ohne hash, sodass Benutzer anhand ihrer E-Mail-Adresse als gleich betrachtet werden. Später versuchte er, User-Objekte in einem set oder als Schlüssel in einem Wörterbuch zu verwenden.

Vorteile:

Die Logik der Gleichheitsprüfung funktioniert beim direkten Vergleich.

Nachteile:

Objekte können nicht in ein set eingefügt werden; es tritt ein TypeError: unhashable type: 'User' auf.
Nur die Vergleiche ==/!= funktionieren; Menge oder Wörterbuch betrachten die Objekte immer als unterschiedlich.

Positiver Fall

Ein Programmierer verwendet @total_ordering und implementiert eq und lt mit Typprüfung und fügt hash hinzu, wenn die Klasse unveränderbar ist. Objekte werden korrekt verglichen, sortiert und funktionieren als Schlüssel in einem Wörterbuch.