44、Python之面向对象:孔乙己,实现单例模式,我有4种方法

南宫理的日志录 2024-10-17 11:27:59
引言

前面的一系列文章中,已经花了很大的篇幅来介绍Python中面向对象的内容,实际场景中高频使用的、不那么高频使用的,基本都介绍到了。我打算把今天这篇文章作为面向对象模块的收尾。

本文将首先回顾一下面向对象模块的主要内容,然后重点介绍基于前面介绍的知识,实现单例模式。

面向对象内容梳理

关于面相对象的内容,其实我们主要介绍了三大特性、四种数据封装、三种方法、三种类。其中:

三大特性:

1、封装:将数据与算法封装为一个整体,也可以理解为状态与操作的封装。

2、继承:更高级别的代码复用,子类直接拿来即用,强调一组类的共性的部分。

3、多态:子类对父类的方法的不同实现,强调子类可以丰富多彩的个性的部分。

四种数据封装:

1、实例属性:每个实例对象相互独立,可以进行私有化,虽然是“名称混淆”的实现机制。

2、类属性:归属于类对象,所有实例对象共享该实例,同样可以私有化。

3、property:实现数据保护、添加新的校验、处理逻辑,同时兼容直接基于属性名访问的历史接口。

4、属性描述符:更加底层的一种数据封装机制,适用于很多个属性都要进行类似的封装逻辑的复用。

三种方法:

1、实例方法:通过实例对象进行调用,默认将实例对象作为方法的第一个参数进行自动传递,通常以self作为第一个形参的名字。

2、类方法:@classmethod,通过类名进行调用,与实例对象无关,不存在实例时,也是可以调用的,默认将类对象作为方法的第一个参数进行自动传递,通常以cls作为第一个形参的名字。

3、静态方法:从抽象、设计的角度,与类本身无太大关联,更多的是作为工具方法的一种抽离,所以,不会自动传递实例对象或者类对象,可以理解为类中定义的普通函数。

三种类:

1、普通类:通常定义的类,都是普通的类,可以随意进行实例化对象的创建,完成基础的数据和算法逻辑的封装。

2、抽象基类(abc):不能进行实例化操作,通常作为基类使用,定义相关协议,具体实现延迟到各个子类中。

3、元类:继承自type及其子类的类,用于创建类对象的类,通过元类,可以规范类定义以及完成类对象的动态增强。

其实,大部分内容都是在以不同的方式帮我们完成代码的复用,只是复用的颗粒度有所不同。毕竟,编程本身在于将重复工作的自动化转换,是帮助人们更好地偷懒。而编程语言中的各种代码复用的思想,其实是对如何偷懒的偷懒实现,似乎有点“元偷懒”的意味。

虽然花了很多的篇幅去讲解面向对象的内容,但是,真正梳理一下,也就这些东西。

单例模式的4种实现方法

抽象基类不能进行实例化,普通类可以随意进行实例化。其实,关于实例化,现实场景中,还有一种只能实例化一个对象的需求,应运而生的设计模式就是“单例模式”。

所谓“单例模式”,简单来说,就是一种设计模式,确保某个类中只能有一个实例对象,并提供一个全局访问点。

单例模式通常在资源管理、全局配置、日志记录、缓存等场景中被频繁使用,更多的是可以有效节省计算及存储资源。

方法1:使用类属性

直接看代码:

执行结果:

从执行结果,可以看到每次实例化,确实都是返回同一个实例化对象。

这种方式,其实是基于实例化对象之前,首先是需要调用__new__()方法的机制进行单例模式的,所以,需要对__new__()和__init__()方法的区别和触发机制有一个比较清晰的理解。如果单例的实例对象有状态(属性),稍不留意,可能会导致奇怪的事情的发生。

直接看代码:

执行结果:

代码的本意是,既然是同一个实例,我如果修改了实例中的属性,返回的同一个实例,应该是修改后的属性。但是,__init__()方法会被重复调用的。

可以调整为以下的做法,从而避免重复初始化导致的状态丢失:

执行结果:

通过在实例中维持一个实例化的状态属性,从而确保实例对象只被创建一次的同时,也只实例化一次,从而避免实例对象状态的丢失。

方法2:使用元类

使用类属性的方法实现元类,比较清晰,但是,每次创建一个单例模式的类,都要重复写单例的处理逻辑,为了更好的复用,可以使用元类来介入类对象的创建过程,从而复用单例的逻辑。

直接看代码:

执行结果:

通过以上两种实现方法,可以顺便回顾一下实例化对象的创建机制及元类的使用。

接下来的两种方法,涉及到我们暂未提及的Python中的内容,对新手看,可能有点超纲,所以,只是演示代码,不做过多的展开了。

方法3:使用装饰器

直接看代码:

执行结果:

方法4:使用模块的加载特性

首先在模块中定义King类,并实例化一个对象,假设模块名是singletong_module.py:

然后,在需要使用该实例对象的地方进行导入:

执行结果:

需要说明的是,后面的两种实现方法,分别涉及到装饰器和模块,之所以在这里也提及一下,其实,是作为后面内容的一个提前引入。

总结

本文首先回顾了Python中面向对象的相关内容,可以简单概括为:三大特性、四种数据封装、三种方法、三种类。其实,这些内容始终围绕着一个基本点:代码复用(如何更好地偷懒)。其次,通过介绍单例模式的实现方法,对面向对象的实例化对象构建及元类的核心内容进行了复习,并对后续要介绍的装饰器、模块的内容做了一个引入。

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