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真假構造函數(shù)

如果你去面試Python工程師的崗位，面試官問你，請問Python當中的類的構造函數(shù)是什么？

你不假思索，當然是__init__啦！如果你這么回答，很有可能你就和offer無緣了。因為在Python當中__init__并不是構造函數(shù)，__new__才是。是不是有點蒙，多西得（日語：為什么）？我們不是一直將__init__方法當做構造函數(shù)來用的嗎？怎么又冒出來一個__new__，如果__new__才是構造函數(shù)，那么為什么我們創(chuàng)建類的時候從來不用它呢？

別著急，我們慢慢來看。首先我們回顧一下__init__的用法，我們隨便寫一段代碼：

class Student:
    def __init__(self, name, gender):
        self.name = name
        self.gender = gender

我們一直都是這么用的，對不對，毫無問題。但是我們換一個問題，我們在Python當中怎么實現(xiàn)單例(Singleton)的設計模式呢？怎么樣實現(xiàn)工廠呢？

從這個問題出發(fā)，你會發(fā)現(xiàn)只使用__init__函數(shù)是不可能完成的，因為__init__并不是構造函數(shù)，它只是初始化方法。也就是說在調(diào)用__init__之前，我們的實例就已經(jīng)被創(chuàng)建好了，__init__只是為這個實例賦上了一些值。如果我們把創(chuàng)建實例的過程比喻成做一個蛋糕，__init__方法并不是烘焙蛋糕的，只是點綴蛋糕的。那么顯然，在點綴之前必須先烘焙出一個蛋糕來才行，那么這個烘焙蛋糕的函數(shù)就是__new__。

__new__函數(shù)

我們來看下__new__這個函數(shù)的定義，我們在使用Python面向?qū)ο蟮臅r候，一般都不會重構這個函數(shù)，而是使用Python提供的默認構造函數(shù)，Python默認構造函數(shù)的邏輯大概是這樣的：

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

從代碼可以看得出來，函數(shù)當中基本上什么也沒做，就原封不動地調(diào)用了父類的構造函數(shù)。這里隱藏著Python當中類的創(chuàng)建邏輯，是根據(jù)繼承關系一級一級創(chuàng)建的。根據(jù)邏輯關系，我們可以知道，當我們創(chuàng)建一個實例的時候，實際上是先調(diào)用的__new__函數(shù)創(chuàng)建實例，然后再調(diào)用__init__對實例進行的初始化。我們可以簡單做個實驗：

class Test:
    def __new__(cls):
        print('__new__')
        return object().__new__(cls)
    def __init__(self):
        print('__init__')

當我們創(chuàng)建Test這個類的時候，通過輸出的順序就可以知道Python內(nèi)部的調(diào)用順序。

從結果上來看，和我們的推測完全一樣。

單例模式

那么我們重載__new__函數(shù)可以做什么呢？一般都是用來完成__init__無法完成的事情，比如前面說的單例模式，通過__new__函數(shù)就可以實現(xiàn)。我們來簡單實現(xiàn)一下：

class SingletonObject:
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if not hasattr(SingletonObject, "_instance"):
            SingletonObject._instance = object.__new__(cls)
        return SingletonObject._instance
    
    def __init__(self):
        pass

當然，如果是在并發(fā)場景當中使用，還需要加上線程鎖防止并發(fā)問題，但邏輯是一樣的。

除了可以實現(xiàn)一些功能之外，還可以控制實例的創(chuàng)建。因為Python當中是先調(diào)用的__new__再調(diào)用的__init__，所以如果當調(diào)用__new__的時候返回了None，那么最后得到的結果也是None。通過這個特性，我們可以控制類的創(chuàng)建。比如設置條件，只有在滿足條件的時候才能正確創(chuàng)建實例，否則會返回一個None。

比如我們想要創(chuàng)建一個類，它是一個int，但是不能為0值，我們就可以利用__new__的這個特性來實現(xiàn)：

class NonZero(int):
    def __new__(cls, value):
        return super().__new__(cls, value) if value != 0 else None

那么當我們用0值來創(chuàng)建它的時候就會得到一個None，而不是一個實例。

工廠模式

理解了__new__函數(shù)的特性之后，我們就可以靈活運用了。我們可以用它來實現(xiàn)許多其他的設計模式，比如大名鼎鼎經(jīng)常使用的工廠模式。

所謂的工廠模式是指通過一個接口，根據(jù)參數(shù)的取值來創(chuàng)建不同的實例。創(chuàng)建過程的邏輯對外封閉，用戶不必關系實現(xiàn)的邏輯。就好比一個工廠可以生產(chǎn)多種零件，用戶并不關心生產(chǎn)的過程，只需要告知需要零件的種類。也因此稱為工廠模式。

比如說我們來創(chuàng)建一系列游戲的類：

class Last_of_us:
    def play(self):
        print('the Last Of Us is really funny')
        
        
class Uncharted:
    def play(self):
        print('the Uncharted is really funny')
        

class PSGame:
    def play(self):
        print('PS has many games')

然后這個時候我們希望可以通過一個接口根據(jù)參數(shù)的不同返回不同的游戲，如果不通過__new__，這段邏輯就只能寫成函數(shù)而不能通過面向?qū)ο髞韺崿F(xiàn)。通過重載__new__我們就可以很方便地用參數(shù)來獲取不同類的實例：

class GameFactory:
    games = {'last_of_us': Last_Of_us, 'uncharted': Uncharted}
    def __new__(cls, name):
        if name in cls.games:
            return cls.games[name]()
        else:
            return PSGame()
        

uncharted = GameFactory('uncharted')
last_of_us = GameFactory('last_of_us')