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python常用的魔法方法(双下划线)

前言

本文介绍一下python中常用的魔法方法以及面向对象中非常重要的单例模式。

魔法方法

python中一切皆对象，因为python是面向对象的编程语言。python给类和对象提供了大量的内置方法，这些内置方法也称魔法方法。这些魔法方法总是在某种条件下自动触发执行，就像魔法一样。

init方法

该方法是用来接收定义类时类中__new__方法返回的空对象后为空对象进行初始化的操作，没有返回值。

class Test():
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        
    def test(self):
        print(self.name)
   
t = Test('xu')
t1 = Test('python')

new方法

该方法是当类被调用实例化对象时首先被触发的方法，用来实例化一个空对象并返回。

class Test():
    def __new__(cls，*args, **kwargs):
        return object.__new__(cls, *args, **kwargs) 
    
    def __init__(self, name):
        self.name = name

call方法

如果想让一个对象变成一个可调用对象(加括号可以调用)，需要在该对象的类中定义__call__方法，调用可调用对象的返回值就是__call__方法的返回值。

class Test():
    
    def __init__(self):
        self.name = 'python'
    
    def __call__(self, *args, **kwargs):  # self是Test类的对象
        print(self)  # __main__.Test object at 0x000001C78CE78FD0>
        print(self.name)
        
t = Test()
t()  # python

str_方法

当对象被访问打印时触发执行，该方法必须有一个字符串类型的返回值。

class Test():
    def __init__(self, name):
        self.name = name
 
    def __str__(self):
        return self.name
   
t = Test('xu')
print(t1)  # xu

del_方法

__del__方法是在对象被删除时自动触发，由于python的垃圾回收机制会自动清理程序中没用的资源，因此如果一个对象只是占用应用程序的资源，没有必要定义__del__方法，但是如果设计到占用系统资源的话比如打开的文件对象，由于关系到操作系统的资源，python的垃圾回收机制派不上用场的时候，就需要为对象创建__del__方法，用于对象被删除后自动触发回收操作系统资源。

class Test:
    def __init__(self):
        self.x = open('a.txt',mode='w')
        # self.x = 占用的是操作系统资源

    def __del__(self):
        print('run')
        # 发起系统调用，告诉操作系统回收相关的系统资源
        self.x.close()

obj = T()
del obj # obj.__del__()

enter exit方法

使用with上下文管理时，会触发对象中的__enter__方法，并将__enter__方法的返回值赋值给as声明的变量。
with语句正常结束的时候会触发__exit__方法,该方法的三个参数分别代表异常类型、异常值和溯源信息，如果with语句代码块出现异常，则with语句后的代码都不会被执行，但是如果该方法返回值为True,异常会被清空，with代码块后的代码还会被正常执行。代码如下：

class Open:
    def __init__(self):
        self.name = 'open'

    def __enter__(self):
        print('with语句执行时会首先执行的方法，返回值会赋值给as声明的变量')
        return self.name

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print('with中的代码块执行完毕时执行exit')
        print(exc_type, '如果出现异常表示异常类型')
        print(exc_val, '表示异常的值')
        print(exc_tb, '表示异常的溯源信息')
        return 123  # 非零 非空 非None为真

    
with Open() as test:
    print(test)
    raise TypeError('看一下错误信息')
print('我会不会被执行呢')  # 当__exit__方法返回值为真时，会被执行，否则不会被执行

item系列方法

item系列方法包括__setitem__、__getitem__、delitem__方法，这三种方法分别会在中括号赋值/修改值、中括号取值、中括号删除值时触发，比如可以自定义一个字典类，并自定义中括号赋值、取值、删除值的方法：

class MyDict(dict):

    def __setitem__(self, key, value):
        print('执行setitem', key, value)  # 执行setitem, x, 1
        self.__dict__[key] = value

    def __getitem__(self, item):
        print('执行getitem', item)  # 执行getitem x
        print(self.__dict__[item])  # 1

    def __delitem__(self, key):
        print('执行delitem', key)  # 执行delitem x
        self.__dict__.pop(key)


d = MyDict()
d['x'] = 1
print(d['x'])
del d['x']

attr系列方法

attr系列方法包括__setattr__,__getattr__,__delattr__，__setattr__在添加/修改属性时会触发，___delattr__删除属性的时候触发，__getattr__在使用.调用属性并且属性不存在时触发。如下代码所示

class Test:
    def __init__(self):
        self.name = 'python'

    def __setattr__(self, key, value):
        print('添加/修改属性setattr')
        self.__dict__[key] = value
        # self.key = value  # 会出现无线递归，因为对象.属性会调用__setattr__方法

    def __delattr__(self, item):
        print('删除属性delattr')
        self.__dict__.pop(item)

    def __getattr__(self, item):
        print('属性不存在时调用getattr')
t = Test()
t.x = 'x'
print(t.y)
del t.x

单例模式

单例模式是一种软件设计模式，为了保证一个类无论调用多少次产生的对象都指向同一个内存地址，即仅仅只有一个对象。
实现单例模式的方式有很多，总的原则就是保证一个类只要实例化一个对象，因此关键点就是如何判断这个类是否实例化过一个对象。

这里介绍几种实现方式，供大家参考：

模块导入的方式

这种方式的原理是模块导入后只运行一次，后面再次使用该模块中的类是直接从内存中查找。

# cls_singleton.py
class Foo(object):
    pass

instance = Foo()

# test.py
import cls_singleton

obj1 = cls_singleton.instance
obj2 = cls_singleton.instance
print(obj1 is obj2)  # True

通过new方法

原理就是判断类是否有实力，有就直接返回，没有就保存到_instance中

class Test:

    _instance = None

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

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        # if cls._instance:
        #     return cls._instance                 # 有实例则直接返回
        # else:
        #     cls._instance = super().__new__(cls) # 没有实例则new一个并保存
        #     return cls._instance                 # 这个返回是给是给init，再实例化一次，也没有关系

        if not cls._instance:                         # 这是简化的写法，上面注释的写法更容易提现判断思路
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance


t1 = Test('python', 18)
t2 = Test('python1', 18)
print(t1 is t2)  # True

自定义元类的方式

这种方式的原理是类调用的过程，类定义时会调用元类下的__init__，类调用(实例化对象)时会触发元类下的__call__方法。

class Mymeta(type):

    def __init__(cls, name, bases, dic):
        super().__init__(name, bases, dic)
        cls._instance = None                    # 将记录类的实例对象的数据属性放在元类中自动定义了

    def __call__(cls, *args, **kwargs):                   # 此call会在类被调用（即实例化时触发）
        if cls._instance:      # 判断类有没有实例化对象
            return cls._instance
        else:        # 没有实例化对象时，控制类造空对象并初始化
            obj = cls.__new__(cls, *args, **kwargs)
            obj.__init__(*args, **kwargs)
            cls._instance = obj             # 保存对象，下一次再实例化可以直接返回而不用再造对象
            return obj


class Test(metaclass=Mymeta):
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age


t1 = Test('python', 18)
t2 = Test('python1', 18)
print(t1 is t2)  # True