Python中的单例设计

01. 单例设计模式

• 设计模式

  • 设计模式 是 前人工作的总结和提炼，通常，被人们广泛流传的设计模式都是针对 某一特定问题 的成熟的解决方案
  • 使用 设计模式 是为了可重用代码、让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性

• 单例设计模式

• 目的 —— 让 类 创建的对象，在系统中 只有 唯一的一个实例
• 每一次执行 类名() 返回的对象，内存地址是相同的

单例设计模式的应用场景

• 音乐播放 对象
• 回收站 对象
• 打印机 对象
• ……

02. __new__ 方法

• 使用 类名() 创建对象时，Python 的解释器 首先 会 调用 __new__ 方法为对象 分配空间
• __new__ 是一个 由 object 基类提供的 内置的静态方法，主要作用有两个：
  • 1) 在内存中为对象 分配空间
  • 2) 返回 对象的引用
• Python 的解释器获得对象的 引用 后，将引用作为 第一个参数，传递给 __init__ 方法

重写 __new__ 方法 的代码非常固定！

• 重写 __new__ 方法 一定要 return super().__new__(cls)
• 否则 Python 的解释器 得不到 分配了空间的 对象引用，就不会调用对象的初始化方法
• 注意：__new__ 是一个静态方法，在调用时需要 主动传递 cls 参数

示例代码

class MusicPlayer(object):

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        # 如果不返回任何结果，
        return super().__new__(cls)

    def __init__(self):
        print("初始化音乐播放对象")

player = MusicPlayer()

print(player)

创建对象，分配空间
播放器初始化
<__main__.MusicPlayer object at 0x0000017B1EA33B00>

03. Python 中的单例

• 单例 —— 让 类 创建的对象，在系统中 只有 唯一的一个实例
1. 定义一个 类属性，初始值是 None，用于记录 单例对象的引用
2. 重写 __new__ 方法
3. 如果 类属性 is None，调用父类方法分配空间，并在类属性中记录结果
4. 返回 类属性 中记录的 对象引用

class MusicPlayer(object):

    # 定义类属性记录单例对象引用
    instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):

        # 1. 判断类属性是否已经被赋值
        if cls.instance is None:
            cls.instance = super().__new__(cls)

        # 2. 返回类属性的单例引用
        return cls.instance

只执行一次初始化工作

• 在每次使用 类名() 创建对象时，Python 的解释器都会自动调用两个方法：
  • __new__ 分配空间
  • __init__ 对象初始化
• 在上一小节对 __new__ 方法改造之后，每次都会得到 第一次被创建对象的引用
• 但是：初始化方法还会被再次调用

需求

• 让 初始化动作 只被 执行一次

解决办法

1. 定义一个类属性 init_flag 标记是否 执行过初始化动作，初始值为 False
2. 在 __init__ 方法中，判断 init_flag，如果为 False 就执行初始化动作
3. 然后将 init_flag 设置为 True
4. 这样，再次 自动 调用 __init__ 方法时，初始化动作就不会被再次执行 了

   class MusicPlayer(object):
   
       # 记录第一个被创建对象的引用
       instance = None
       # 记录是否执行过初始化动作
       init_flag = False
   
       def __new__(cls, *args, **kwargs):
   
           # 1. 判断类属性是否是空对象
           if cls.instance is None:
               # 2. 调用父类的方法，为第一个对象分配空间
               cls.instance = super().__new__(cls)
   
           # 3. 返回类属性保存的对象引用
           return cls.instance
   
       def __init__(self):
   
           if not MusicPlayer.init_flag:
               print("初始化音乐播放器")
   
               MusicPlayer.init_flag = True
   
   # 创建多个对象
   player1 = MusicPlayer()
   print(player1)
   
   player2 = MusicPlayer()
   print(player2)