python单例模式与metaclass

G9YH 发布于2019-07-31 11:41 / 3362人阅读

摘要：看一下中这两者以及的实现前面提到类相当于元类的实例化，再联系创建单例模式时使用的函数，用的是，其实用三种中任何一种都是可以的，来看一下使用元类时各方法的调用情况结果元类的和只在创建类调用了一次，而创建的实例时，每次都会调用元类的方法

单例模式的实现方式

将类实例绑定到类变量上

class Singleton(object):
    _instance = None

    def __new__(cls, *args):
        if not isinstance(cls._instance, cls):
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args)
        return cls._instance

但是子类在继承后可以重写__new__以失去单例特性

class D(Singleton):

    def __new__(cls, *args):
        return super(D, cls).__new__(cls, *args)

使用装饰器实现

def singleton(_cls):
    inst = {}

    def getinstance(*args, **kwargs):
        if _cls not in inst:
            inst[_cls] = _cls(*args, **kwargs)
        return inst[_cls]
    return getinstance

@singleton
class MyClass(object):
    pass

问题是这样装饰以后返回的不是类而是函数，当然你可以singleton里定义一个类来解决问题，但这样就显得很麻烦了

使用__metaclass__，这个方式最推荐

class Singleton(type):
    _inst = {}
    
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._inst:
            cls._inst[cls] = super(Singleton, cls).__call__(*args)
        return cls._inst[cls]


class MyClass(object):
    __metaclass__ = Singleton

metaclass

元类就是用来创建类的东西，可以简单把元类称为“类工厂”，类是元类的实例。type就是Python的内建元类，type也是自己的元类，任何一个类

>>> type(MyClass)
type
>>> type(type)
type

python在创建类MyClass的过程中，会在类的定义中寻找__metaclass__，如果存在则用其创建类MyClass，否则使用内建的type来创建类。对于类有继承的情况，如果当前类没有找到，会继续在父类中寻找__metaclass__，直到所有父类中都没有找到才使用type创建类。
如果模块里有__metaclass__的全局变量的话，其中的类都将以其为元类

查看type的定义，

type(object) -> the object"s type
type(name, bases, dict) -> a new type

所以利用type定义一个类的元类，可以用函数返回一个上面第二种定义的对象，也可以继承type并重写其中的方法。

直接使用type生成的对象作为元类，函数作用是使属性变为大写

def update_(name, bases, dct):
    attrs = ((name, value) for name, value in dct.items() if not name.startswith("__"))
    uppercase_attr = {name.upper(): value for name, value in attrs}
    return type(name, bases, uppercase_attr)


class Singleton(object):
    __metaclass__ = update_
    abc = 2

d = Singleton()
print d.ABC
# 2

上一节中，单例模式元类实现用的是类继承方式，而对于第一种__new__的方式，本质上调用的是type.__new__，不过使用super能使继承更清晰一些并避免一些问题

这里简单说明一下，__new__是在__init__前调用的方法，会创建对象并返回，而__init__则是用传入的参数将对象初始化。看一下type中这两者以及__call__的实现

def __init__(cls, what, bases=None, dict=None): # known special case of type.__init__
        """
        type(object) -> the object"s type
        type(name, bases, dict) -> a new type
        # (copied from class doc)
        """
        pass

@staticmethod # known case of __new__
def __new__(S, *more): # real signature unknown; restored from __doc__
    """ T.__new__(S, ...) -> a new object with type S, a subtype of T """
    pass

def __call__(self, *more): # real signature unknown; restored from __doc__
    """ x.__call__(...) <==> x(...) """
    pass

前面提到类相当于元类的实例化，再联系创建单例模式时使用的函数，用的是__call__，其实用三种magic method中任何一种都是可以的，来看一下使用元类时各方法的调用情况

class Basic(type):
    def __new__(cls, name, bases, newattrs):
        print "new: %r %r %r %r" % (cls, name, bases, newattrs)
        return super(Basic, cls).__new__(cls, name, bases, newattrs)

    def __call__(self, *args):
        print "call: %r %r" % (self, args)
        return super(Basic, self).__call__(*args)

    def __init__(cls, name, bases, newattrs):
        print "init: %r %r %r %r" % (cls, name, bases, newattrs)
        super(Basic, cls).__init__(name, bases, dict)


class Foo:
    __metaclass__ = Basic

    def __init__(self, *args, **kw):
        print "init: %r %r %r" % (self, args, kw)

a = Foo("a")
b = Foo("b")

结果

new:  "Foo" () {"__module__": "__main__", "__metaclass__": , "__init__": init at 0x106fd5320>}
init:  "Foo" () {"__module__": "__main__", "__metaclass__": , "__init__": init at 0x106fd5320>}
call:  ("a",)
init: <__main__.Foo object at 0x106fee990> ("a",) {}
call:  ("b",)
init: <__main__.Foo object at 0x106feea50> ("b",) {}

元类的__init__和__new__只在创建类Foo调用了一次，而创建Foo的实例时，每次都会调用元类的__call__方法

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