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python常用的魔法方法(雙下劃線)

前言

本文介紹一下python中常用的魔法方法以及面向對象中非常重要的單例模式。

魔法方法

python中一切皆對象，因為python是面向對象的編程語言。python給類和對象提供了大量的內置方法，這些內置方法也稱魔法方法。這些魔法方法總是在某種條件下自動觸發執行，就像魔法一樣。

init方法

該方法是用來接收定義類時類中__new__方法返回的空對象后為空對象進行初始化的操作，沒有返回值。

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

new方法

該方法是當類被調用實例化對象時首先被觸發的方法，用來實例化一個空對象并返回。

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

call方法

如果想讓一個對象變成一個可調用對象(加括號可以調用)，需要在該對象的類中定義__call__方法，調用可調用對象的返回值就是__call__方法的返回值。

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

str_方法

當對象被訪問打印時觸發執行，該方法必須有一個字符串類型的返回值。

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__方法是在對象被刪除時自動觸發，由于python的垃圾回收機制會自動清理程序中沒用的資源，因此如果一個對象只是占用應用程序的資源，沒有必要定義__del__方法，但是如果設計到占用系統資源的話比如打開的文件對象，由于關系到操作系統的資源，python的垃圾回收機制派不上用場的時候，就需要為對象創建__del__方法，用于對象被刪除后自動觸發回收操作系統資源。

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

    def __del__(self):
        print('run')
        # 發起系統調用，告訴操作系統回收相關的系統資源
        self.x.close()

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

enter exit方法

使用with上下文管理時，會觸發對象中的__enter__方法，并將__enter__方法的返回值賦值給as聲明的變量。
with語句正常結束的時候會觸發__exit__方法,該方法的三個參數分別代表異常類型、異常值和溯源信息，如果with語句代碼塊出現異常，則with語句后的代碼都不會被執行，但是如果該方法返回值為True,異常會被清空，with代碼塊后的代碼還會被正常執行。代碼如下：

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

    def __enter__(self):
        print('with語句執行時會首先執行的方法，返回值會賦值給as聲明的變量')
        return self.name

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print('with中的代碼塊執行完畢時執行exit')
        print(exc_type, '如果出現異常表示異常類型')
        print(exc_val, '表示異常的值')
        print(exc_tb, '表示異常的溯源信息')
        return 123  # 非零 非空 非None為真

    
with Open() as test:
    print(test)
    raise TypeError('看一下錯誤信息')
print('我會不會被執行呢')  # 當__exit__方法返回值為真時，會被執行，否則不會被執行

item系列方法

item系列方法包括__setitem__、__getitem__、delitem__方法，這三種方法分別會在中括號賦值/修改值、中括號取值、中括號刪除值時觸發，比如可以自定義一個字典類，并自定義中括號賦值、取值、刪除值的方法：

class MyDict(dict):

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

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

    def __delitem__(self, key):
        print('執行delitem', key)  # 執行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/修改屬性時會觸發，___delattr__刪除屬性的時候觸發，__getattr__在使用.調用屬性并且屬性不存在時觸發。如下代碼所示

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

    def __setattr__(self, key, value):
        print('添加/修改屬性setattr')
        self.__dict__[key] = value
        # self.key = value  # 會出現無線遞歸，因為對象.屬性會調用__setattr__方法

    def __delattr__(self, item):
        print('刪除屬性delattr')
        self.__dict__.pop(item)

    def __getattr__(self, item):
        print('屬性不存在時調用getattr')
t = Test()
t.x = 'x'
print(t.y)
del t.x

單例模式

單例模式是一種軟件設計模式，為了保證一個類無論調用多少次產生的對象都指向同一個內存地址，即僅僅只有一個對象。
實現單例模式的方式有很多，總的原則就是保證一個類只要實例化一個對象，因此關鍵點就是如何判斷這個類是否實例化過一個對象。

這里介紹幾種實現方式，供大家參考：

模塊導入的方式

這種方式的原理是模塊導入后只運行一次，后面再次使用該模塊中的類是直接從內存中查找。

# 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

通過new方法

原理就是判斷類是否有實力，有就直接返回，沒有就保存到_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                 # 有實例則直接返回
        # else:
        #     cls._instance = super().__new__(cls) # 沒有實例則new一個并保存
        #     return cls._instance                 # 這個返回是給是給init，再實例化一次，也沒有關系

        if not cls._instance:                         # 這是簡化的寫法，上面注釋的寫法更容易提現判斷思路
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance


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

自定義元類的方式

這種方式的原理是類調用的過程，類定義時會調用元類下的__init__，類調用(實例化對象)時會觸發元類下的__call__方法。

class Mymeta(type):

    def __init__(cls, name, bases, dic):
        super().__init__(name, bases, dic)
        cls._instance = None                    # 將記錄類的實例對象的數據屬性放在元類中自動定義了

    def __call__(cls, *args, **kwargs):                   # 此call會在類被調用（即實例化時觸發）
        if cls._instance:      # 判斷類有沒有實例化對象
            return cls._instance
        else:        # 沒有實例化對象時，控制類造空對象并初始化
            obj = cls.__new__(cls, *args, **kwargs)
            obj.__init__(*args, **kwargs)
            cls._instance = obj             # 保存對象，下一次再實例化可以直接返回而不用再造對象
            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