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Python 中類的構(gòu)造方法 New的妙用

更新時(shí)間：2021年10月20日 10:16:22 作者：somenzz

這篇文章主要介紹了Python 中類的構(gòu)造方法 New的妙用，Python 的類中，所有以雙下劃線__包起來的方法，叫魔術(shù)方法，魔術(shù)方法在類或?qū)ο蟮哪承┦录l(fā)出后可以自動(dòng)執(zhí)行，讓類具有神奇的魔力。下面就來學(xué)習(xí)文章的詳細(xì)內(nèi)容把

1、概述

python 的類中，所有以雙下劃線__包起來的方法，叫魔術(shù)方法，魔術(shù)方法在類或?qū)ο蟮哪承┦录l(fā)出后可以自動(dòng)執(zhí)行，讓類具有神奇的魔力，比如常見的構(gòu)造方法__new__ 、初始化方法__init__ 、析構(gòu)方法__del__ ，今天來聊一聊__new__的妙用，主要分享以下幾點(diǎn)：

__new__ 和 __init__ 的區(qū)別
應(yīng)用1：改變內(nèi)置的不可變類型
應(yīng)用2：實(shí)現(xiàn)一個(gè)單例
應(yīng)用3：客戶端緩存
應(yīng)用4：不同文件不同的解密方法
應(yīng)用5：Metaclasses

2、new 和 init 的區(qū)別

調(diào)用時(shí)機(jī)不同：new 是真正創(chuàng)建實(shí)例的方法，init 用于實(shí)例的初始化，new 先于 init 運(yùn)行。
返回值不同，new 返回一個(gè)類的實(shí)例，而 init 不返回任何信息。
new 是 class 的方法，而 init 是對(duì)象的方法。

示例代碼：

class A: 
    def __new__(cls, *args, **kwargs): 
        print("new", cls, args, kwargs) 
        return super().__new__(cls) 
 
    def __init__(self, *args, **kwargs): 
        print("init", self, args, kwargs) 
 
 
def how_object_construction_works(): 
    x = A(1, 2, 3, x=4) 
    print(x)     
    print("===================") 
    x = A.__new__(A, 1, 2, 3, x=4) 
    if isinstance(x, A): 
        type(x).__init__(x, 1, 2, 3, x=4) 
    print(x) 
 
if __name__ == "__main__": 
    how_object_construction_works()

上述代碼定義了一個(gè)類 A，在調(diào)用 A(1, 2, 3, x=4) 時(shí)先執(zhí)行 new，再執(zhí)行 init，等價(jià)于：

x = A.__new__(A, 1, 2, 3, x=4) 
if isinstance(x, A): 
    type(x).__init__(x, 1, 2, 3, x=4)

代碼的運(yùn)行結(jié)果如下：

new <class '__main__.A'> (1, 2, 3) {'x': 4} 
init <__main__.A object at 0x7fccaec97610> (1, 2, 3) {'x': 4} 
<__main__.A object at 0x7fccaec97610> 
=================== 
new <class '__main__.A'> (1, 2, 3) {'x': 4} 
init <__main__.A object at 0x7fccaec97310> (1, 2, 3) {'x': 4} 
<__main__.A object at 0x7fccaec97310>

new 的主要作用就是讓程序員可以自定義類的創(chuàng)建行為，以下是其主要應(yīng)用場(chǎng)景：

3、應(yīng)用1：改變內(nèi)置的不可變類型

我們知道，元組是不可變類型，但是我們繼承 tuple ，然后可以在 new 中，對(duì)其元組的元素進(jìn)行修改，因?yàn)?new 返回之前，元組還不是元組，這在 init 函數(shù)中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。比如說，實(shí)現(xiàn)一個(gè)大寫的元組，代碼如下：

class UppercaseTuple(tuple): 
    def __new__(cls, iterable): 
        upper_iterable = (s.upper() for s in iterable) 
        return super().__new__(cls, upper_iterable) 
 
    # 以下代碼會(huì)報(bào)錯(cuò)，初始化時(shí)是無(wú)法修改的 
    # def __init__(self, iterable): 
    #     print(f'init {iterable}') 
    #     for i, arg in enumerate(iterable): 
    #         self[i] = arg.upper() 
 
if __name__ == '__main__': 
    print("UPPERCASE TUPLE EXAMPLE") 
    print(UppercaseTuple(["hello", "world"])) 
 
# UPPERCASE TUPLE EXAMPLE 
# ('HELLO', 'WORLD')

4、應(yīng)用2：實(shí)現(xiàn)一個(gè)單例

class Singleton: 
    _instance = None 
 
    def __new__(cls, *args, **kwargs): 
        if cls._instance is None: 
            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs) 
        return cls._instance 
 
 
if __name__ == "__main__": 
 
    print("SINGLETON EXAMPLE") 
    x = Singleton() 
    y = Singleton() 
    print(f"{x is y=}") 
# SINGLETON EXAMPLE 
# x is y=True

5、應(yīng)用3：客戶端緩存

當(dāng)客戶端的創(chuàng)建成本比較高時(shí)，比如讀取文件或者數(shù)據(jù)庫(kù)，可以采用以下方法，同一個(gè)客戶端屬于同一個(gè)實(shí)例，節(jié)省創(chuàng)建對(duì)象的成本，這本質(zhì)就是多例模式。

class Client: 
    _loaded = {} 
    _db_file = "file.db" 
 
    def __new__(cls, client_id): 
        if (client := cls._loaded.get(client_id)) is not None: 
            print(f"returning existing client {client_id} from cache") 
            return client 
        client = super().__new__(cls) 
        cls._loaded[client_id] = client 
        client._init_from_file(client_id, cls._db_file) 
        return client 
 
    def _init_from_file(self, client_id, file): 
        # lookup client in file and read properties 
        print(f"reading client {client_id} data from file, db, etc.") 
        name = ... 
        email = ... 
        self.name = name 
        self.email = email 
        self.id = client_id 
 
 
if __name__ == '__main__': 
    print("CLIENT CACHE EXAMPLE") 
    x = Client(0) 
    y = Client(0) 
    print(f"{x is y=}") 
    z = Client(1) 
# CLIENT CACHE EXAMPLE 
# reading client 0 data from file, db, etc. 
# returning existing client 0 from cache 
# x is y=True 
# reading client 1 data from file, db, etc.

6、應(yīng)用4：不同文件不同的解密方法

先在腳本所在目錄創(chuàng)建三個(gè)文件：plaintext_hello.txt、rot13_hello.txt、otp_hello.txt，程序會(huì)根據(jù)不同的文件選擇不同的解密算法

import codecs 
import itertools 
 
 
class EncryptedFile: 
    _registry = {}  # 'rot13' -> ROT13Text 
 
    def __init_subclass__(cls, prefix, **kwargs): 
        super().__init_subclass__(**kwargs) 
        cls._registry[prefix] = cls 
 
    def __new__(cls, path: str, key=None): 
        prefix, sep, suffix = path.partition(":///") 
        if sep: 
            file = suffix 
        else: 
            file = prefix 
            prefix = "file" 
        subclass = cls._registry[prefix] 
        obj = object.__new__(subclass) 
        obj.file = file 
        obj.key = key 
        return obj 
 
    def read(self) -> str: 
        raise NotImplementedError 
 
 
class Plaintext(EncryptedFile, prefix="file"): 
    def read(self): 
        with open(self.file, "r") as f: 
            return f.read() 
 
 
class ROT13Text(EncryptedFile, prefix="rot13"): 
    def read(self): 
        with open(self.file, "r") as f: 
            text = f.read() 
        return codecs.decode(text, "rot_13") 
 
 
class OneTimePadXorText(EncryptedFile, prefix="otp"): 
    def __init__(self, path, key): 
        if isinstance(self.key, str): 
            self.key = self.key.encode() 
 
    def xor_bytes_with_key(self, b: bytes) -> bytes: 
        return bytes(b1 ^ b2 for b1, b2 in zip(b, itertools.cycle(self.key))) 
 
    def read(self): 
        with open(self.file, "rb") as f: 
            btext = f.read() 
        text = self.xor_bytes_with_key(btext).decode() 
        return text 
 
 
if __name__ == "__main__": 
    print("ENCRYPTED FILE EXAMPLE") 
    print(EncryptedFile("plaintext_hello.txt").read()) 
    print(EncryptedFile("rot13:///rot13_hello.txt").read()) 
    print(EncryptedFile("otp:///otp_hello.txt", key="1234").read()) 
# ENCRYPTED FILE EXAMPLE 
# plaintext_hello.txt 
# ebg13_uryyb.gkg 
# ^FCkYW_X^GLE

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