Python中的单例设计模式

单例模式

在实际开发中，我们可能编写的类，虽然被调用（或实例化）多次，但是我们希望所实例化出来的对象都是同一个对象，即所占用的内存空间是同一块内存空间，那就需要使用到单例模式。

比如在音乐播放器软件中，我们一次只能播放一首歌，在打印机程序中，打印机一次只能有一份文档被打印。这些都需要用到单例设计模式。

那么单例模式如何设计呢？

在Python类的初始化过程中，一共分为两个步骤：

1. 调用__new__方法分配内存空间，并返回内存空间的引用
2. 调用__init__方法，在分配的内存空间中初始化对象

下面通过一段代码来看看类的实例化过程

class ClassInit(Object):
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("分配空间")
        instance = super().__new__(cls)
        return instance

    def __init__(self):
        print("我是初始化方法")

if __name__ == '__main__':
    ci1 = ClassInit()
    print(ci1)
    ci2 = ClassInit()
    print(ci2)
# ___________________执行结果如下：______________________
分配空间
我是初始化方法
<__main__.ClassInit object at 0x10131da50>
分配空间
我是初始化方法
<__main__.ClassInit object at 0x10131db70>

在上面的例子中，我们重写了父类的__new__方法，并调用了父类的__new__方法返回了一个实例对象，后面再调用__init__方法，进行类的实例化。在上例的第11-14行，我们还可以看出，我们创建了2个类的实例，打印出来类实例的内存地址也是不同的，也就是说上面的方法，就不是单例模式。

在上面的例子中，如果我们注释了第4行和第5行，那么返回的结果将如下：

分配空间
None
分配空间
None

我们重写了父类的__new__方法，只打印了分配空间四个字，但是调用父类的__new__方法，那么将无法分配内存空间，导致后面类无法初始化，所以打印类也就是None

通过对上面例子的理解，我们知道了，在类的初始化过程中，Python编译器会自动调用__new__方法，进行内存空间的分配，那么我们就顺着这个思路考虑，我们可以判断，当这个内存空间（实例对象）已经存在时，我们是不是就可以不用再次创建新的实例，从而达到单例模式的效果？

我们可以定义一个类属性，初始值为None，当调用__new__方法时，我们先判断这个类属性是否为None,不为None，我们才分配内存空间。请看下面的例子：

class ClassInit:
    instance = None
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print("分配空间")
        if cls.instance is None:
            cls.instance = super().__new__(cls)
        return cls.instance

    def __init__(self):
        print("我是初始化方法")

if __name__ == '__main__':
    ci1 = ClassInit()
    print(ci1)
    ci2 = ClassInit()
    print(ci2)
# ___________________执行结果如下：______________________
分配空间
我是初始化方法
<__main__.ClassInit object at 0x10b6e1a90>
分配空间
我是初始化方法
<__main__.ClassInit object at 0x10b6e1a90>

第2行，定义一个类属性instance 并赋初始值为None

第5行，判断类属性instance是否为None，如果为None则调用父类的__new__方法，分配内存空间，并将内存空间的引用赋值给类属性instance。

第7行，最后返回类属性。即分配的内存空间的引用

最后看执行结果，我们调用了两次类的实例化，但是打印出来的两个类的实例化对象的内存空间地址是相同的，即它俩是类同一个实例。这样就达到了单例模式的设计需求。