Python中使用__new__实现单例模式并解析

单例模式是一个经典设计模式，简要的说，一个类的单例模式就是它只能被实例化一次，实例变量在第一次实例化时就已经固定。

 在Python中常见的单例模式有None，这就是一个很典型的设计，通常使用 if xxx is None或者if xxx is not None来比较运算。

Python实现单例模式

代码如下：

class MyClass:
  _instance = None 
  _first_init = False 
  def __new__(cls, *args, **kwargs):
    if not cls._instance:
      cls._instance = super().__new__(cls)
    return cls._instance
  def __init__(self, var1, var2):
    cls = type(self)
    if not cls._first_init:
      self.var1 = var1
      self.var2 = var2
      cls._first_init = True

如上所示，我创建了一个MyClass的类，定义了两个类变量，第一个是_instance，它负责保存该类创建的实例。第二个是_first_init，它是一个布尔值，保存是否为第一次实例化该类。

在__new__方法中（构造函数），判断是否存在_instance这个类变量，如果之前已经实例化了，直接返回。如果是第一次实例化，就会为_instance类变量绑定实例，使用super().__new__(cls)创建实例，即调用父类object.__new__(MyClass)创建实例。

在__init__方法中（初始化函数），我们通过cls=type(self)获取MyClass类，判断是否第一次实例化。如果是第一次实例化，就绑定实例变量。否则什么都不做.

运行效果

我们创建两个实例，来对比

>>> instance1 = MyClass(1, 2)
>>> instance2 = MyClass(7, 5)
>>> id(instance1) == id(instance2)
True

>>> instance2.var1
1

可以看到，这两个实例的内存地址都相同，而且第一次实例化后变量已经固定了，全局不会再改变。

这就是单例模式的实现。

ps：下面看下Python中类方法、__new__方法和__init__方法解析

在编程语言中创建一个类，有构造方法这样的一个术语。而在Python中，通常大家都认为__init__是构造方法，其实并不完全等同。在构建类中，有一个特殊的方法__new__，这个才能等同为构造方法。

__new__是一个类方法，我们在定义一个类方法时需要在函数前打上@classmethod装饰器，而__new__不需要，因为它经过特殊处理。为了理解__new__方法，我们先来看看类方法是什么。

类方法

class MyClass:

  @classmethod
  def test(cls):
    print(cls.__name__)
    
MyClass.test()
#输出 MyClass

在MyClass类中，test方法就是类方法，它传入第一个参数为cls，其实就是MyClass类，打印cls.__name__可以看到结果。类方法可以直接 类名.方法名()调用。通常类方法是备选构造方法。

类方法的应用

>>> from datetime import datetime
>>> datetime.fromtimestamp(324234)
datetime.datetime(1970, 1, 5, 2, 3, 54)

如上所示，内置的datetime包中的fromtimestamp就是类方法，可以从多种方式构造出datetime对象。

__new__方法

def __new__(cls, a):
  return super().__new__(cls)

__new__是类方法，所以第一个参数也是cls，剩下的参数就是构造方法里需要的参数了。通常__new__都不需要定义，在元类编程中才需要，它可以控制类的生成过程。

__new__必须返回一个实例（instance），传入到__init__方法中的self参数，也就是实例变量。这里返回父类（object）的__new__方法用来创建一个新的实例。相当于

obj = object.__new__(MyClass)
obj = MyClass()

#obj是实例,上面两个方式等同

其中，MyClass是类，obj是实例（instance）

__init__方法

__new__是构造方法，那么__init__就是初始化函数，它负责将变量绑定到实例中，更新实例的__dict__字典。其中第一个参数self就是__new__的返回值，是类的实例。__new__方法先于__init__方法执行

def __init__(self, a):
  self.a = a

结合使用

class MyClass:
  def __new__(cls, a):
    return super().__new__(cls)

  def __init__(self, a):
    self.a = a
obj = MyClass(3)
print(obj.a)

要点

1.__new__是构造方法，__init__是初始化函数。
2.__new__通常不需要手动定义，一般在元类编程中使用，控制类的生成过程。
3.__new__第一个被执行，然后执行__init__绑定实例变量。
4.__new__必须有返回值，返回值是该类的实例，它会被__init__函数接收，通常叫做self变量

总结