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詳解python單例模式與metaclass

更新時間：2016年01月15日 10:14:56 作者：quietin

這篇文章主要介紹了python單例模式與metaclass，文章介紹了單例模式的實現(xiàn)方式

單例模式的實現(xiàn)方式

將類實例綁定到類變量上

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

但是子類在繼承后可以重寫__new__以失去單例特性

class D(Singleton):

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

使用裝飾器實現(xiàn)

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

問題是這樣裝飾以后返回的不是類而是函數(shù)，當(dāng)然你可以singleton里定義一個類來解決問題，但這樣就顯得很麻煩了

使用__metaclass__，這個方式最推薦

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

元類就是用來創(chuàng)建類的東西，可以簡單把元類稱為“類工廠”，類是元類的實例。type就是Python的內(nèi)建元類，type也是自己的元類，任何一個類

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

python在創(chuàng)建類MyClass的過程中，會在類的定義中尋找__metaclass__，如果存在則用其創(chuàng)建類MyClass，否則使用內(nèi)建的type來創(chuàng)建類。對于類有繼承的情況，如果當(dāng)前類沒有找到，會繼續(xù)在父類中尋找__metaclass__，直到所有父類中都沒有找到才使用type創(chuàng)建類。
如果模塊里有__metaclass__的全局變量的話，其中的類都將以其為元類，親自試了，沒這個作用，無任何影響

查看type的定義，

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

所以利用type定義一個類的元類，可以用函數(shù)返回一個上面第二種定義的對象，也可以繼承type并重寫其中的方法。

直接使用type生成的對象作為元類，函數(shù)作用是使屬性變?yōu)榇髮?/p>

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

上一節(jié)中，單例模式元類實現(xiàn)用的是類繼承方式，而對于第一種__new__的方式，本質(zhì)上調(diào)用的是type.__new__，不過使用super能使繼承更清晰一些并避免一些問題

這里簡單說明一下，__new__是在__init__前調(diào)用的方法，會創(chuàng)建對象并返回，而__init__則是用傳入的參數(shù)將對象初始化?？匆幌聇ype中這兩者以及__call__的實現(xiàn)

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

前面提到類相當(dāng)于元類的實例化，再聯(lián)系創(chuàng)建單例模式時使用的函數(shù)，用的是__call__，其實用三種magic method中任何一種都是可以的，來看一下使用元類時各方法的調(diào)用情況

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')

結(jié)果

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

元類的__init__和__new__只在創(chuàng)建類Foo調(diào)用了一次，而創(chuàng)建Foo的實例時，每次都會調(diào)用元類的__call__方法

以上就是本文的全部內(nèi)容，對python單例模式與metaclass進(jìn)行了描述，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助。

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