真假構(gòu)造函數(shù)

如果你去面試Python工程師的崗位，面試官問你，請(qǐng)問Python當(dāng)中的類的構(gòu)造函數(shù)是什么？

你不假思索，當(dāng)然是__init__啦！如果你這么回答，很有可能你就和offer無緣了。因?yàn)樵赑ython當(dāng)中__init__并不是構(gòu)造函數(shù)，__new__才是。是不是有點(diǎn)蒙，多西得（日語：為什么）？我們不是一直將__init__方法當(dāng)做構(gòu)造函數(shù)來用的嗎？怎么又冒出來一個(gè)__new__，如果__new__才是構(gòu)造函數(shù)，那么為什么我們創(chuàng)建類的時(shí)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(duì)不對(duì)，毫無問題。但是我們換一個(gè)問題，我們?cè)赑ython當(dāng)中怎么實(shí)現(xiàn)單例(Singleton)的設(shè)計(jì)模式呢？怎么樣實(shí)現(xiàn)工廠呢？

從這個(gè)問題出發(fā)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)只使用__init__函數(shù)是不可能完成的，因?yàn)開_init__并不是構(gòu)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(shí)例就已經(jīng)被創(chuàng)建好了，__init__只是為這個(gè)實(shí)例賦上了一些值。如果我們把創(chuàng)建實(shí)例的過程比喻成做一個(gè)蛋糕，__init__方法并不是烘焙蛋糕的，只是點(diǎn)綴蛋糕的。那么顯然，在點(diǎn)綴之前必須先烘焙出一個(gè)蛋糕來才行，那么這個(gè)烘焙蛋糕的函數(shù)就是__new__。

__new__函數(shù)

我們來看下__new__這個(gè)函數(shù)的定義，我們?cè)谑褂肞ython面向?qū)ο蟮臅r(shí)候，一般都不會(huì)重構(gòu)這個(gè)函數(shù)，而是使用Python提供的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)，Python默認(rèn)構(gòu)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(dāng)中基本上什么也沒做，就原封不動(dòng)地調(diào)用了父類的構(gòu)造函數(shù)。這里隱藏著Python當(dāng)中類的創(chuàng)建邏輯，是根據(jù)繼承關(guān)系一級(jí)一級(jí)創(chuàng)建的。根據(jù)邏輯關(guān)系，我們可以知道，當(dāng)我們創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例的時(shí)候，實(shí)際上是先調(diào)用的__new__函數(shù)創(chuàng)建實(shí)例，然后再調(diào)用__init__對(duì)實(shí)例進(jìn)行的初始化。我們可以簡(jiǎn)單做個(gè)實(shí)驗(yàn)：

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

當(dāng)我們創(chuàng)建Test這個(gè)類的時(shí)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(jié)果上來看，和我們的推測(cè)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(shí)現(xiàn)。我們來簡(jiǎn)單實(shí)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(dāng)然，如果是在并發(fā)場(chǎng)景當(dāng)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(shí)現(xiàn)一些功能之外，還可以控制實(shí)例的創(chuàng)建。因?yàn)镻ython當(dāng)中是先調(diào)用的__new__再調(diào)用的__init__，所以如果當(dāng)調(diào)用__new__的時(shí)候返回了None，那么最后得到的結(jié)果也是None。通過這個(gè)特性，我們可以控制類的創(chuàng)建。比如設(shè)置條件，只有在滿足條件的時(shí)候才能正確創(chuàng)建實(shí)例，否則會(huì)返回一個(gè)None。

比如我們想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)類，它是一個(gè)int，但是不能為0值，我們就可以利用__new__的這個(gè)特性來實(shí)現(xiàn)：

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

那么當(dāng)我們用0值來創(chuàng)建它的時(shí)候就會(huì)得到一個(gè)None，而不是一個(gè)實(shí)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(yùn)用了。我們可以用它來實(shí)現(xiàn)許多其他的設(shè)計(jì)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(gè)接口，根據(jù)參數(shù)的取值來創(chuàng)建不同的實(shí)例。創(chuàng)建過程的邏輯對(duì)外封閉，用戶不必關(guān)系實(shí)現(xiàn)的邏輯。就好比一個(gè)工廠可以生產(chǎn)多種零件，用戶并不關(guān)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(gè)時(shí)候我們希望可以通過一個(gè)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?shí)現(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(shí)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')