python__new__ 可以用来干什么,一文告诉你它的神奇之处

Python的类中，所有以双下划线__包起来的方法，叫魔术方法，魔术方法在类或对象的某些事件发出后可以自动执行，让类具有神奇的魔力，比如常见的构造方法__new__、初始化方法__init__、析构方法__del__，今天来聊一聊__new__的妙用，主要分享以下几点：

__new__ 和 __init__ 的区别

应用1：改变内置的不可变类型

应用2：实现一个单例

应用3：客户端缓存

应用4：不同文件不同的解密方法

应用5：Metaclasses

__new__ 和 __init__ 的区别

1、调用时机不同：new 是真正创建实例的方法，init 用于实例的初始化，new 先于 init 运行。

2、返回值不同，new 返回一个类的实例，而 init 不返回任何信息。

3、new 是 class 的方法，而 init 是对象的方法。

示例代码：

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()

上述代码定义了一个类 A，在调用 A(1, 2, 3, x=4) 时先执行 new，再执行 init，等价于：

x = A.__new__(A, 1, 2, 3, x=4)

if isinstance(x, A):

   type(x).__init__(x, 1, 2, 3, x=4)

代码的运行结果如下：

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 的主要作用就是让程序员可以自定义类的创建行为，以下是其主要应用场景：

应用1：改变内置的不可变类型

我们知道，元组是不可变类型，但是我们继承 tuple ，然后可以在 new 中，对其元组的元素进行修改，因为 new 返回之前，元组还不是元组，这在 init 函数中是无法实现的。比如说，实现一个大写的元组，代码如下：

class UppercaseTuple(tuple):

   def __new__(cls, iterable):

       upper_iterable = (s.upper() for s in iterable)

       return super().__new__(cls, upper_iterable)



   # 以下代码会报错，初始化时是无法修改的

   # 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')

应用2：实现一个单例

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

应用3：客户端缓存

当客户端的创建成本比较高时，比如读取文件或者数据库，可以采用以下方法，同一个客户端属于同一个实例，节省创建对象的成本，这本质就是多例模式。

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.

应用4：不同文件不同的解密方法

先在脚本所在目录创建三个文件：plaintext_hello.txt、rot13_hello.txt、otp_hello.txt，程序会根据不同的文件选择不同的解密算法

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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