通过元类实现单例模式的思考

最新推荐文章于 2024-12-18 08:25:15 发布

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本文探讨了Python中通过元类实现单例模式的原理，解释了元类的`__call__`方法与类的`__new__`和`__init__`之间的关系。通过示例代码展示了如何使用元类创建单例，并通过打印语句揭示了实例化过程，澄清了元类`__call__`方法并不与实例创建冲突，而是调用`__new__`和`__init__`完成对象的创建和初始化。

python cookbook中通过元类来实现单例模式的代码如下

class Singleton(type):
    def __init__(cls, *args, **kwargs):
        cls.__instance = None
        super().__init__(*args, **kwargs)
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls.__instance is None:
            cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)
            return cls.__instance
        else:
            return cls.__instance


class Spam(metaclass=Singleton):
    def __new__(cls):
        return super().__new__(cls)
    def __init__(self, a, b):
        print("Creating spam")

我看着是有点懵的，因为元类里面有__call__方法。

首先来看看__call__方法的作用，对于一个普通类来说，实现了该方法之后，该类的实例就具有类似于函数的作用，可以进行调用。

class A:
    def __call__(self, a, b):
        return a+b

a = A()
print(a(1, 2))

# output:
# 3

那么元类的__call__的作用是什么呢？在python中类是元类的实例，元类中如果定义了__call__方法，那么类也是可以通过类似于函数的方式进行调用。但是呢， 类本来就可以通过类似于函数的作用来创建该类对应的实例对象啊？

这个元类的__call__，和该类的__new__和__init__是什么关系的？

感觉有点冲突的，因为好像有两种方式创建一个实例对象，一种是通过元类的__call__方法创建实例对象，一种是通过类本身创建实例对象？

在此，我想到了print大法。。

于是，我将Singleton改写为如下方式：

class Singleton(type):
    def __init__(cls, *args, **kwargs):
        cls.__instance = None
        super().__init__(*args, **kwargs)
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        print("Singleton.__call__　is called")
        if cls.__instance is None:
            cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)
            print(cls.__instance)
            return cls.__instance
        else:
            return cls.__instance


class Spam(metaclass=Singleton):
    def __new__(cls, *args):
        print("Spam.__new__ is called")
        return super().__new__(cls)
    def __init__(self, a, b):
        self.a = a
        self.b = b
        print("Creating spam")
    
s1 = Spam(1, 2)

# output:
# Singleton.__call__　is called
# Spam.__new__ is called
# Creating spam
# <__main__.Spam object at 0x000001B227CA1550>

到此，其中的关系曲折就应该清楚了。

在print("Singleton.__call__ is called")和print(cls.__instance)之间完成了对Spam的__new__和__init__的调用。

而在两句之间，明显只可能是由super().__call__(*args, **kwargs)作用的。

由此可见，元类的__call__和创建实例对象的过程并不冲突。元类的__call__中通过调用super().__call__(*args, **kwargs)调用实例__new__创建对象，然后调用__init__初始化对象，最后返回创建好了的实例对象。