Python 常见特殊方法详解：__new__、__init__、__del__、__str__、__repr__ 与 __getattribute__

1. 引言

Python 中的「特殊方法」（也叫魔术方法、双下划线方法）是解释器在特定时机自动调用的钩子。它们让自定义类能够像内置类型一样参与对象创建、销毁、字符串转换、属性访问等操作。本文围绕六个最常见的特殊方法展开，并给出可直接运行的示例。

2. 六个常见特殊方法速览

特殊方法	触发时机	典型用途
__new__()	对象实例化时第一个被调用	控制对象创建过程，常用于不可变类型、单例
__init__()	对象创建完成、返回给调用者之前	初始化实例属性
__del__()	对象被垃圾回收时	释放外部资源（慎用）
__str__()	对实例调用 str() / print()	面向人类可读的输出
__repr__()	对实例调用 repr() / 交互式回显	面向机器可读、可复现的输出
__getattribute__()	每次访问属性时	属性访问拦截、代理、日志

3. __new__()：对象创建的第一站

__new__() 是一个静态方法 （即使不写 @staticmethod 也会被隐式当作静态方法），它的第一个参数是类本身 cls，负责创建并返回 实例。只有它返回了该类的实例，__init__() 才会被调用。

class Singleton:
    _instance = None

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if cls._instance is None:
            print("__new__ 被调用：创建实例")
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

    def __init__(self, name):
        print("__init__ 被调用")
        self.name = name


a = Singleton("A")
b = Singleton("B")
print(a is b)      # True
print(a.name)      # B（第二次 __init__ 覆盖了属性）

要点：

• __new__() 返回的不是本类实例时，__init__() 不会被调用。
• 继承不可变类型（如 int、str、tuple）时，必须重写 __new__() 才能改变创建结果。

class PositiveInt(int):
    def __new__(cls, value):
        if value < 0:
            raise ValueError("必须是非负数")
        return super().__new__(cls, value)


print(PositiveInt(10))   # 10
# PositiveInt(-1)        # ValueError: 必须是非负数

4. __init__()：实例初始化

__init__() 在实例已经创建之后被调用，用于设置初始状态。它不应该返回任何值 （返回非 None 会抛 TypeError）。

class Point:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y


p = Point(1, 2)
print(p.x, p.y)   # 1 2

__new__() 与 __init__() 的执行顺序：
#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS p{margin:0;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .label text,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node rect,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node circle,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node ellipse,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node polygon,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .rough-node .label text,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node .label text,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .image-shape .label,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .rough-node .label,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node .label,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .image-shape .label,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .icon-shape,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .icon-shape p,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-jSCisJESn03KIQUS :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 是
否
调用 Point(1, 2)
new(cls, 1, 2) 创建实例
返回的是 cls 实例?
init(self, 1, 2) 初始化
跳过 init，直接返回
返回实例给调用者

5. __del__()：对象销毁器

__del__() 在对象被垃圾回收时调用。需要注意：执行 del xxx 只是删除一个引用，并不会主动调用 __del__()，只有当该对象的引用计数降为 0（且被 GC 回收）时才会触发。

import gc


class Resource:
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        print(f"打开资源 {self.name}")

    def __del__(self):
        print(f"释放资源 {self.name}")


r1 = Resource("db")
r2 = r1
del r1              # 只是删掉一个引用，引用计数仍为 1，不会触发 __del__
print("删除 r1 之后")
del r2              # 引用计数归零，触发 __del__
print("删除 r2 之后")
gc.collect()

输出大致为：

打开资源 db
删除 r1 之后
释放资源 db
删除 r2 之后

使用建议：

• __del__() 的调用时机不确定，不要依赖它做关键资源释放 ，优先使用 with 语句与上下文管理器。
• 存在循环引用时，__del__() 可能延迟甚至不被调用。

6. __str__() 与 __repr__()：两种可读性

• __str__()：面向人类 ，追求可读性，print() 和 str() 会调用它。
• __repr__()：面向机器/开发者 ，理想情况下输出能作为有效的 Python 代码重新构造该对象，交互式环境回显和 repr() 会调用它。

class User:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def __str__(self):
        return f"{self.name}（{self.age} 岁）"

    def __repr__(self):
        return f"User(name={self.name!r}, age={self.age!r})"


u = User("Alice", 30)
print(str(u))    # Alice（30 岁）
print(repr(u))   # User(name='Alice', age=30)
print(u)         # Alice（30 岁），print 优先使用 __str__

补充规则：

• 只定义 __repr__() 时，str() 会退化为调用 __repr__()；反之不成立。
• 容器（list、dict 等）打印元素时使用的是元素的 __repr__()。

class OnlyRepr:
    def __repr__(self):
        return "OnlyRepr()"


print(str(OnlyRepr()))        # OnlyRepr()
print([OnlyRepr()])           # [OnlyRepr()]

7. __getattribute__()：属性访问拦截器

__getattribute__() 会在每一次 属性访问时被调用（无论属性是否存在），是属性访问的最外层入口。它必须返回属性值，否则会抛 AttributeError。

p.secret → 自动传 "secret" → name = "secret"
p.public → 自动传 "public" → name = "public"

class Logged:
    def __init__(self):
        self.value = 42

    def __getattribute__(self, name):
        print(f"访问属性：{name}")
        return super().__getattribute__(name)


obj = Logged()
print(obj.value)     # 先打印「访问属性：value」，再打印 42

一个更实用的例子：给属性访问加白名单与日志。

class Protected:
    def __init__(self):
        self.public = "公开数据"
        self._secret = "机密数据"

    def __getattribute__(self, name):
        if name.startswith("_"):
            raise AttributeError(f"禁止访问私有属性：{name}")
        return super().__getattribute__(name)


p = Protected()
print(p.public)      # 公开数据
# print(p._secret)   # AttributeError: 禁止访问私有属性：_secret

注意事项：

• 在 __getattribute__() 内部访问 self.xxx 会递归调用自身 ，务必使用 super().__getattribute__(name) 或 object.__getattribute__(self, name)。
• 若只想在属性不存在 时兜底，应使用 __getattr__()，它只在常规查找失败后调用。

class Defaults:
    def __getattr__(self, name):
        return f"{name} 不存在，返回默认值"


d = Defaults()
print(d.anything)    # anything 不存在，返回默认值

8. 综合示例：一个带完整生命周期的类

class Tracked:
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("1. __new__")
        return super().__new__(cls)

    def __init__(self, name):
        print("2. __init__")
        self.name = name

    def __getattribute__(self, item):
        if item == "name":
            print("3. __getattribute__ 拦截 name")
        return super().__getattribute__(item)

    def __str__(self):
        return f"Tracked({self.name})"

    def __repr__(self):
        return f"Tracked(name={self.name!r})"

    def __del__(self):
        print("5. __del__")


t = Tracked("demo")   # 1 -> 2
print(str(t))         # 3 -> Tracked(demo)
print(repr(t))        # 3 -> Tracked(name='demo')
del t                 # 5

9. 小结

• __new__() 负责创建 ，__init__() 负责初始化，前者返回非本类实例时后者不执行。
• __del__() 只在引用计数归零、对象被回收时触发，del 本身不保证调用它。
• __str__() 面向人类，__repr__() 面向机器；只写 __repr__() 时 str() 会退化使用它。
• __getattribute__() 拦截所有 属性访问，内部务必用 super().__getattribute__() 避免递归；仅需兜底缺失属性时用 __getattr__()。