神技巧！在Python类初始化时进行四种暗箱操作！
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2022-02-23 12:29
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 '__main__.A'> (1, 2, 3) {'x': 4}
init <__main__.A object at 0x7fccaec97610> (1, 2, 3) {'x': 4}
<__main__.A object at 0x7fccaec97610>
===================
new '__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Python 的构造方法 __new__ 的常用场景：
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^GLEND
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