Python小白学习教程从入门到入坑------第二十六课 单例模式（语法进阶）

糊涂君-Q2024-11-10 0:08

在这个节课的开始，我们先回顾一下面向对象课程中学的构造函数__init__()

目录

[一、init() 和 new()](#一、init() 和 new())

[1.1 init()](#1.1 init())

[1.2 new()](#1.2 new())

二、单例模式

[2.1 特点](#2.1 特点)

[2.2 通过@classmethod实现单例模式](#2.2 通过@classmethod实现单例模式)

[2.3 通过装饰器实现单例模式](#2.3 通过装饰器实现单例模式)

[2.3 通过重写__new__() 实现单例模式](#2.3 通过重写__new__() 实现单例模式)

[2.4 通过导入模块实现单例模式](#2.4 通过导入模块实现单例模式)

三、单例模式的应用场景

一、init() 和 new()

1.1 init()

作用：初始化对象

eg:

python 复制代码 
class Test(object):
    def __init__(self):
        print("这是__init__()")
te = Test()
# 输出结果：这是__init__()

1.2 new()

new(): object 基类提供的内置的静态方法

作用：

1、在内存中为对象分配空间

2、返回对象的引用

eg：

python 复制代码 
class Test(object):
    def __init__(self):
        print("这是__init__()")
    def __new__(cls, *args, **kwargs):     # cls代表类本身
        print("我是__new__()")
te = Test()
# 输出结果：我是__new__()

我们会发现，这里面的__init__方法没有输出 ，这是为什么呢？

其实是因为我们在__new__方法中将__new__方法改写了，改变了python中默认__new__的功能，改成了print("我是__new__()")，所以__init__方法没有输出

我们接下来试着打印一下te和cls

eg：没有__new__() 方法时

python 复制代码 
class Test(object):
    def __init__(self):
        print("这是__init__()")
te = Test()
print(te)
# 输出结果：
# 这是__init__()
# <__main__.Test object at 0x000001BF8ABFE148>

加入__new__() 方法时：

python 复制代码 
class Test(object):
    def __init__(self):
        print("这是__init__()")
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("我是__new__()")
        print(cls)
te = Test()
print(te)
# 输出结果：
# 我是__new__()
# <class '__main__.Test'>
# None

发现此时te输出为None，就是因为__new__的功能被覆盖改写了

那么我们如果想修改原有的代码，却还想继承原有代码的功能，那么我们该怎么做呢？

我们需要用到之前学习的扩展

eg：

python 复制代码 
class Test(object):
    def __init__(self):
        print("这是__init__()")
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("我是__new__()")
        print(cls)
        # 对父类方法进行扩展   推荐使用super().方法名()
        res = super().__new__(cls)
        # 方法重写，res里面保存的是实例对象的引用,__new__()是静态方法，形参里面有cls，实参就必须传cls
        return res
        # 注意：重写__new__() 一定要return super().__new__(cls),否则python解释器得不到分配空间的对象引用，就不会调用__init__()
te = Test()
print("te:",te)
# 输出结果：
# 我是__new__()
# <class '__main__.Test'>
# 这是__init__()
# te: <__main__.Test object at 0x0000021EBEBEE548>

执行步骤：

一个对象的实例化过程：首先执行__new__()，如果没有写__new__()，默认调用object 里面的__new__()，返回一个实例对象，然后再去调用__init__()，对对象进行初始化

eg：

python 复制代码 
class Person(object):
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("这是new方法")
        print("返回值：",super().__new__(cls))
        return super().__new__(cls)
    def __init__(self,name):
        self.name = name   # 实例属性
        print("名字是：",self.name)
pe = Person('junjun')
print(pe)
pe2 = Person('susu')
print(pe2)
# 输出结果：
# 这是new方法
# 返回值： <__main__.Person object at 0x000002564FA1E5C8>
# 名字是： junjun
# <__main__.Person object at 0x000002564FA1E5C8>
# 这是new方法
# 返回值： <__main__.Person object at 0x000002564FA1E608>
# 名字是： susu
# <__main__.Person object at 0x000002564FA1E608>

总结：init() 和 new()

1、new() 是创建对象，init() 是初始化对象

2、new() 是返回对象引用，init() 定义实例属性

3、new() 是类级别的方法，init() 是实例级别的方法

二、单例模式

2.1 特点

单例模式（Singleton Pattern）是一种创建型设计模式，它确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例

当你希望在整个系统中，某个类只能出现一个实例时，单例模式就能排上用场（可以简单理解成一个特殊的类，这个类只存在一个对象）

优点：可以节省内存空间，减少了不必要的资源浪费

弊端：多线程访问的时候容易引发线程安全问题

在 Python 中，有多种方式实现单例模式，以下是一些常见的方法：

1、通过@classmethod

2、通过装饰器实现

3、通过重写__new__() 实现（重点）

4、通过导入模块实现

注意：单例模式简单来说就是每一次实例化所创建的对象都是同一个，即内存地址相同

2.2 通过@classmethod实现单例模式

这种方法利用类方法 @classmethod 和一个类变量来追踪单例实例

eg：

python 复制代码 
class Singleton:  
    _instance = None  
  
    @classmethod  
    def get_instance(cls, *args, **kwargs):  
        if cls._instance is None:  
            cls._instance = cls(*args, **kwargs)  
        return cls._instance  
  
    def __init__(self, value=None):  
        if not hasattr(self, 'initialized'):  # 防止重复初始化  
            self.value = value  
            self.initialized = True  
  
# 测试  
if __name__ == "__main__":  
    s1 = Singleton(10)  
    s2 = Singleton.get_instance(20)  # 这里传递的 20 将被忽略，因为实例已经存在  
    print(s1.value)  # 输出: 10  
    print(s2.value)  # 输出: 10，而不是 20  
    print(s1 is s2)  # 输出: True

注意：上面的实现中，init 方法被修改以防止重复初始化。这是因为在第一次创建实例后，后续通过 get_instance 获取实例时不会再次调用 init

2.3 通过装饰器实现单例模式

装饰器可以用来将任何类转换为单例

python 复制代码 
def singleton(cls):  
    instances = {}  
    def get_instance(*args, **kwargs):  
        if cls not in instances:  
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)  
        return instances[cls]  
    return get_instance  
  
@singleton  
class Singleton:  
    def __init__(self, value):  
        self.value = value  
  
# 测试  
if __name__ == "__main__":  
    s1 = Singleton(10)  
    s2 = Singleton(20)  # 这里传递的 20 将被忽略，因为实例已经存在（通过装饰器控制）  
    print(s1.value)  # 输出: 10  
    print(s2.value)  # 输出: 10  
    print(s1 is s2)  # 输出: True

2.3 通过重写__new__() 实现单例模式

这是最常见和推荐的方法之一，因为它在对象创建的最早阶段就进行控制

设计流程：

1、定义一个类属性，初始值为None，用来记录单例对象的引用

2、重写__new__() 方法

3、进行判断，如果类属性是None，把__new__() 返回的对象引用保存进去

4、返回类属性中记录的对象引用

python 复制代码 
class Singleton:  
    _instance = None   # 类属性
  
    def __new__(cls, *args, **kwargs):  
        if cls._instance is None:  # 判断类属性是否为空
            cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls, *args, **kwargs)  
        return cls._instance  
  
    def __init__(self, value=None):  
        if not hasattr(self, 'initialized'):  # 防止重复初始化（同样的问题）  
            self.value = value  
            self.initialized = True  
  
# 测试  
if __name__ == "__main__":  
    s1 = Singleton(10)  
    s2 = Singleton(20)  # 这里传递的 20 将被忽略  
    print(s1.value)  # 输出: 10  
    print(s2.value)  # 输出: 10  
    print(s1 is s2)  # 输出: True

2.4 通过导入模块实现单例模式

Python 模块在第一次导入时会被初始化，并且只会被初始化一次。因此，可以利用这一特性实现单例。

首先，创建一个模块 singleton_module.py：

python 复制代码 
# singleton_module.py  
class Singleton:  
    def __init__(self, value):  
        self.value = value  
  
singleton_instance = Singleton(10)  # 创建单例实例

然后，在其他文件中使用：

python 复制代码 
# main.py  
import singleton_module  
  
# 测试  
if __name__ == "__main__":  
    s1 = singleton_module.singleton_instance  
    # 尝试重新赋值不会改变单例实例  
    # singleton_module.singleton_instance = Singleton(20)  # 这行不会影响已经存在的实例  
    # 但可以通过实例的属性进行修改（如果允许的话）  
    # s1.value = 20  # 这会改变实例的 value 属性  
      
    s2 = singleton_module.singleton_instance  
    print(s1.value)  # 输出: 10  
    print(s2 is s1)  # 输出: True

注意：在模块级单例中，如果直接修改 singleton_module.singleton_instance 指向另一个对象，那么会破坏单例模式。但是，如果通过实例的属性进行修改（如 s1.value = 20），则不会破坏单例模式，只是改变了实例的状态

三、单例模式的应用场景

1.回收站对象

2.音乐播放器，一个音乐播放软件负责音乐播放的对象只有一个

3.开发游戏软件场景管理器

4.数据库配置、数据库连接池的设计

今天的分享就到这里了，希望本文能够对大家有些许的帮助~

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