摘要：中的類都是單例模式一天，一同事問我這樣一個(gè)問題。與方法屬于新式類，即屬于類。方法在實(shí)例被創(chuàng)建之后被調(diào)用，該方法僅僅是對(duì)方法創(chuàng)建的實(shí)例進(jìn)行一些初始化操作。需要注意的是，在重寫方法與方法的參數(shù)應(yīng)該保持一致，否則會(huì)有發(fā)生。

“Python 中的類都是單例模式？” 一天，一同事問我這樣一個(gè)問題。這是一個(gè)奇怪的問題，可能你也這么認(rèn)為。這里先不做解釋，我們先來看看 __new__ 和 __init__ 方法。

__new__ 方法屬于新式類，即屬于 object 類。它是一個(gè)靜態(tài)方法，但是其第一個(gè)參數(shù)必須是一個(gè)類(cls)，這有點(diǎn)像一個(gè) classmethod，其實(shí)將其看成是一個(gè)類方法也可以。該特殊方法被調(diào)用時(shí)，會(huì)創(chuàng)建類(cls)的一個(gè)新實(shí)例并返回，實(shí)例被創(chuàng)建后解釋器會(huì)將該實(shí)例以及其它的參數(shù)傳遞給該實(shí)例的初始化函數(shù) __init__，以對(duì)實(shí)例進(jìn)行初始化。

所以，__new__ 方法是一個(gè)類方法，用于創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，而 __init__ 方法是一個(gè)實(shí)例方法，用于初始化一個(gè)實(shí)例。

__new__ 方法在實(shí)例化一個(gè)類時(shí)被調(diào)用，重寫該方法應(yīng)該像如下的形式：

class A(object):

    def __new__(cls, *args, **kwargs)
        return super(A, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)

如果 __new__ 方法不返回 cls 的一個(gè)實(shí)例，那么新的實(shí)例的 __init__ 方法不會(huì)被調(diào)用。需要注意的是，在 Python 3.3 之后，new 方法不再接收額外的參數(shù)，否則會(huì)有異常 TypeError: object() takes no parameters。

__init__ 方法在實(shí)例被創(chuàng)建之后被調(diào)用，該方法僅僅是對(duì) __new__ 方法創(chuàng)建的實(shí)例進(jìn)行一些初始化操作。注意，如果 new 方法返回實(shí)例，則 init 方法總是會(huì)被調(diào)用（這一點(diǎn)在用 new 方法實(shí)現(xiàn)單例時(shí)要特別注意）

可以來做一下驗(yàn)證：

class Foo(object):

    def __new__(cls, m, n):
        print "__new__ is called"
        return super(Foo, cls).__new__(cls, m, n)

    def __init__(self, m, n):
        print "__init__ is called"
        self.m = m
        self.n = n

    def __repr__(self):
        return "Foo(m={self.m}, n={self.n})".format(self=self)

    def __str__(self):
        return self.__repr__()


if __name__ == "__main__":
    f = Foo(1, 2)
    print f

輸出結(jié)果：

__new__ is called
__init__ is called
Foo(m=1, n=2)

于是可以得出結(jié)論：

1、 __new__ 屬于類級(jí)別的方法，即使沒有被 classmethod 裝飾，其決定生成實(shí)例的過程。

2、 __init__ 屬于實(shí)例級(jí)別的方法，決定實(shí)例初始化的過程，比如添加屬性，對(duì)初始化參數(shù)進(jìn)行判斷，轉(zhuǎn)換等。

需要注意的是，在重寫 __new__ 方法與 __init__ 方法的參數(shù)應(yīng)該保持一致，否則會(huì)有 TypeError 發(fā)生。如果直接調(diào)用 object.__new__() 則在 Python 3.3 及以后的版本中不再支持傳入?yún)?shù)，這一點(diǎn)參考自：https://stackoverflow.com/questions/34777773/typeerror...

__init__ 方法，在定義一個(gè) class 的時(shí)候一般都會(huì)涉及到，也是比較常用。而 __new__ 方法則很少會(huì)用到，那么它到底有什么用途呢？

__new__ 方法比較常用的作用大概是：

1、 繼承內(nèi)建不可變類型時(shí)(比如int, str, tuple)，提供自定義實(shí)例化過程。因?yàn)槿绻?__init__ 方法中做都寫操作可能會(huì)無效。例如：

class CustomInt(int):

    def __init__(self, v):
        super(CustomInt, self).__init__(self, abs(v))

print CustomInt(-1)

# 輸出：-1

這可能沒有達(dá)到期望的效果。但可以通過重寫 __new__ 方法來實(shí)現(xiàn)：

class CustomInt(int):

    def __new__(cls, v):
        return super(CustomInt, cls).__new__(cls, abs(v))

print CustomInt(-1)

# 輸出：1

2、 實(shí)現(xiàn)自定義的元類(metaclass)。元類就是用來定義如何創(chuàng)建類，它的概念可能稍微復(fù)雜些，這里不做詳細(xì)討論。

3、 實(shí)現(xiàn)單例。由于類產(chǎn)生實(shí)例的過程是通過 __new__ 方法來控制的，因此重寫該方法來單例模式是非常方便的:

class Singleton(object):

    def __new__(cls):
        if not hasattr(cls, "_instance"):
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
        return cls._instance

assert Singleton() is Singleton()  # 斷言成功

所謂單例模式就是每次初始化都返回同一個(gè)實(shí)例，所以兩次初始化得到的對(duì)象的內(nèi)存地址應(yīng)該是一樣的：

print Singleton(), Singleton()

結(jié)果應(yīng)該是顯而易見的：

<__main__.Singleton object at 0x10d698650> <__main__.Singleton object at 0x10d698650>

說到單例模式，除了用 __new__ 方法實(shí)現(xiàn)外，還有一些其他的方式，如裝飾器、元類等。不同方式的實(shí)現(xiàn)有不同的作用，元類屬于 Python 中更為高級(jí)的特性，本文不做討論，我們來看一下用裝飾器實(shí)現(xiàn)單例的方法。

裝飾器（decorator）可以動(dòng)態(tài)地修改一個(gè)類或函數(shù)的功能，即類也可以被裝飾器裝飾。因此可以使用裝飾器來裝飾某個(gè)類，使其被初始化時(shí)只生成一個(gè)實(shí)例：

from functools import wraps

def singleton(cls):
    instances = {}
    @wraps(cls)
    def getinstance(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]
    return getinstance

@singleton
class MyClass(object):

    def __init__(self):
        pass

需要注意的是，使用裝飾器實(shí)現(xiàn)單例時(shí)，類已經(jīng)變成了一個(gè)函數(shù)，而不再是類。 如上用上例中 MyClass 初始化實(shí)例時(shí)，實(shí)際上調(diào)用的是被裝飾后返回的 getinstance 函數(shù)。

用 __new__ 實(shí)現(xiàn)單例和用裝飾實(shí)現(xiàn)單例的區(qū)別是，前者前者都是會(huì)調(diào)用 __init__ 方法，這就意味著每次初始化時(shí)用不同的參數(shù)，雖然返回的實(shí)例時(shí)同一個(gè)，但是實(shí)例的屬性卻被重新設(shè)置了；而后者則總是返回第一次初始化創(chuàng)建的示例和設(shè)置的屬性，即使后面?zhèn)魅肓瞬煌膮?shù)。

接著，我們?cè)賮砜匆粋€(gè) “奇怪” 的現(xiàn)象：

>>> class A(object):
...     pass
...
>>> print A(), A()
<__main__.A object at 0x104765450> <__main__.A object at 0x104765450>
>>> print A(), A()
<__main__.A object at 0x104765450> <__main__.A object at 0x104765450>
>>> print A(), A()
<__main__.A object at 0x104765450> <__main__.A object at 0x104765450>

是不是感覺有些難以置信，print 語句后兩次創(chuàng)建的對(duì)象應(yīng)該是不一樣的，而他們卻莫名奇妙的一樣。這就是我討論本文內(nèi)容的原因。

一次同事問我，Python 中的類都是單例模式？我當(dāng)時(shí)一臉懵逼，聽了他的描述，我自己也試了下，果然存在如上所示的“奇怪”現(xiàn)象。于是我就去了解了 Python 單例模式的實(shí)現(xiàn)，在了解到 __new__ 的實(shí)現(xiàn)方式時(shí)，就想對(duì) __new__ 和 __init__ 有一個(gè)更加深入的了解。于是就有了本文所討論的內(nèi)容。

然后，我想著用 is 來判斷下他們是否真的是同一個(gè)實(shí)例：

>>> A() is A()
False

我沒有對(duì) CPython 的源碼進(jìn)行過全面的閱讀，所以對(duì)其很多內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)機(jī)制不是太了解。我猜 Python 解釋器在內(nèi)部可能做了優(yōu)化，像 print A(), A() 這樣的語句，解釋器認(rèn)為沒有必要?jiǎng)?chuàng)建不同的對(duì)象，直接返回同一個(gè)實(shí)例的引用得了。是不是覺得解釋器有些自作聰明！而當(dāng) A() is A() 這樣的表達(dá)式出現(xiàn)時(shí)，解釋器想，我不能再自作聰明，那樣可能會(huì)誤導(dǎo)別人。可是，在 print 語句那樣的用法時(shí)，就已經(jīng)誤導(dǎo)我了，我都差點(diǎn)開始懷疑人生了！

從語法來看，大家應(yīng)該知道，我在測試時(shí)使用的 Python 2。我后來也試了下 Python 3：

>>> class A():
...     pass
...
>>> print(A(), A())
<__console__.A object at 0x10fe7afd0> <__console__.A object at 0x10fed79e8>
>>> print(A(), A())
<__console__.A object at 0x10fec0cc0> <__console__.A object at 0x10feda160>
>>> print(A(), A())
<__console__.A object at 0x10fe7afd0> <__console__.A object at 0x10fed7940>
>>> A() is A()
False

我想，這樣的結(jié)果才是不會(huì)讓人困惑的?？赡苁?Python 社區(qū)意識(shí)到了這個(gè)問題并在 Python3 中進(jìn)行了修正。這樣的修正是好的，否則對(duì)于像我同事那樣初次使用 Python 的人來說是很困惑的。

個(gè)人認(rèn)為，Python3 對(duì)過去的一些“錯(cuò)誤”的修正是好的。例如將 print 改為函數(shù)，提供了豐富的參數(shù)來控制輸出的樣式；對(duì)編碼的調(diào)整等等。

Python 中還有很多令人“匪夷所思”的“奇怪”現(xiàn)象，感興趣可以看看這篇博客：Python Oddity。例如其中提到的對(duì)整數(shù)的對(duì)比，其就是因?yàn)?Python 對(duì)小整數(shù)對(duì)象([-5,256])進(jìn)行了緩存，對(duì)于這個(gè)問題也有人進(jìn)行了詳細(xì)的描述：Python解惑：整數(shù)比較。

https://docs.python.org/2/reference/datamodel.html