[转]Python(12) 理解python的类实例化

作者：treelake
链接：http://www.jianshu.com/p/f63ad9d550f1
來源：简书
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
侵删。

---

让我们以一个Foo类开始：

class Foo(object):    def __init__(self, x, y=0):        self.x = x        self.y = y

当你实例化它（即创建该类的一个新的实例）时发生了什么？

f = Foo(1, y=2)对Foo的调用到底调用了什么函数或方法呢？大多数新手甚至许多有经验的Python开发者会立刻回答：调用了__init__方法。如果你停下来仔细想1秒，你会发现这远不是一个正确答案。

init并没有返回一个对象，但是调用Foo(1, y=2)确实返回了一个对象。而且，init预期一个self参数，但是当我们调用Foo(1, y=2)时这里并没有这个参数。这里会有更复杂的工作。在这篇文章中，让我们探究下在Python中实例化一个类时到底发生了什么。

构造顺序

在Python中实例化一个对象包含了几个阶段，但它的妙处在于它们自身是Pythonic(python之禅)的——理解这些步骤使得我们对Python整体有多一点的了解。Foo是一个类，但是Python中的类也是对象！类、函数、方法以及实例都是对象，并且无论何时你将一对括号放在它们的名字后面时，就会调用它们的call方法。所以Foo(1, y=2)是等价于Foo.call(1, y=2)的。call方法是定义在Foo的类中的。Foo的类是什么呢？

Foo.__class__
<\ class ‘type’>

所以Foo是类型type的一个对象并且调用call返回一个Foo类的对象。让我们看下type中的call方法是什么样的。这个方法相当的复杂，但是我们尝试尽量简化它。在下面我粘贴了CPython C和PyPy Python的实现。我发想从源码中寻找答案是很有趣的，但是你也可以直接看下面的简化版

CPython源码

static PyObject *type_call(PyTypeObject *type, PyObject *args, PyObject *kwds){    PyObject *obj;    if (type->tp_new == NULL) {        PyErr_Format(PyExc_TypeError,                     "cannot create '%.100s' instances",                     type->tp_name);        return NULL;    }    obj = type->tp_new(type, args, kwds);    obj = _Py_CheckFunctionResult((PyObject*)type, obj, NULL);    if (obj == NULL)        return NULL;    /* Ugly exception: when the call was type(something),       don't call tp_init on the result. */    if (type == &PyType_Type &&        PyTuple_Check(args) && PyTuple_GET_SIZE(args) == 1 &&        (kwds == NULL ||         (PyDict_Check(kwds) && PyDict_Size(kwds) == 0)))        return obj;    /* If the returned object is not an instance of type,       it won't be initialized. */    if (!PyType_IsSubtype(Py_TYPE(obj), type))        return obj;    type = Py_TYPE(obj);    if (type->tp_init != NULL) {        int res = type->tp_init(obj, args, kwds);        if (res < 0) {            assert(PyErr_Occurred());            Py_DECREF(obj);            obj = NULL;        }        else {            assert(!PyErr_Occurred());        }    }    return obj;}

PyPy源码

def descr_call(self, space, __args__):    promote(self)    # invoke the __new__ of the type    if not we_are_jitted():        # note that the annotator will figure out that self.w_new_function        # can only be None if the newshortcut config option is not set        w_newfunc = self.w_new_function    else:        # for the JIT it is better to take the slow path because normal lookup        # is nicely optimized, but the self.w_new_function attribute is not        # known to the JIT        w_newfunc = None    if w_newfunc is None:        w_newtype, w_newdescr = self.lookup_where('__new__')        if w_newdescr is None:    # see test_crash_mro_without_object_1            raise oefmt(space.w_TypeError, "cannot create '%N' instances",                        self)        w_newfunc = space.get(w_newdescr, self)        if (space.config.objspace.std.newshortcut and            not we_are_jitted() and            isinstance(w_newtype, W_TypeObject)):            self.w_new_function = w_newfunc    w_newobject = space.call_obj_args(w_newfunc, self, __args__)    call_init = space.isinstance_w(w_newobject, self)    # maybe invoke the __init__ of the type    if (call_init and not (space.is_w(self, space.w_type) and        not __args__.keywords and len(__args__.arguments_w) == 1)):        w_descr = space.lookup(w_newobject, '__init__')        if w_descr is not None:    # see test_crash_mro_without_object_2            w_result = space.get_and_call_args(w_descr, w_newobject,                                               __args__)            if not space.is_w(w_result, space.w_None):                raise oefmt(space.w_TypeError,                            "__init__() should return None")    return w_newobject  

如果我们忽略错误检查，那么对于常规类的实例化它大致等同如下：

def __call__(obj_type, *args, **kwargs):    obj = obj_type.__new__(*args, **kwargs)    if obj is not None and issubclass(obj, obj_type):        obj.__init__(*args, **kwargs)    return obj

new方法为对象分配了内存空间，构建它为一个“空”对象然后init方法被调用来初始化它。
总的来说：

• Foo(*args, **kwargs)等价于Foo.call(*args, **kwargs)
• 既然Foo是一个type的实例，Foo.call(*args, **kwargs)实际调用的是type.call(Foo, *args, **kwargs)
• type.call(Foo, *args, **kwargs)调用type.new(Foo, *args, **kwargs)，然后返回一个对象。
• obj随后通过调用obj.init(*args, **kwargs)被初始化。
• obj被返回。

定制

现在我们将注意力转移到new方法上。本质上，它是负责实际对象的创建的方法。我们不会具体探究new方法的底层实现细节。它的要点是它会为对象分配空间并返回该对象。有趣的是，一旦你意识到new做了什么，你可以用它来定制有趣的实例创建方式。值得注意的是，尽管new是一个静态方法，但你不需要用@staticmethod来声明它——它是Python解释器的特例。

一个精彩的展现new方法的力量的例子就是用它来实现一个单例类：

class Singleton(object):    _instance = None    def __new__(cls, *args, **kwargs):        if cls._instance is None:            cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)        return cls._instance       

然后使用它：

s1 = Singleton()
… s2 = Singleton()
… s1 is s2
True

注意在这个单例类的实现中，init方法会在每次我们调用Singleton()时被调用，所以要小心处理。
另外一个相似的例子是实现Borg design pattern：

class Borg(object):    _dict = None    def __new__(cls, *args, **kwargs):        obj = super().__new__(cls, *args, **kwargs)        if cls._dict is None:            cls._dict = obj.__dict__        else:            obj.__dict__ = cls._dict        return obj

然后：

b1 = Borg()
… b2 = Borg()
… b1 is b2
False

b1.x = 8
… b2.x
8

最后的提醒——上面的例子展示了new的力量，但是只是说明你可以使用它，而不是意味着你应该这么做：

new是Python中最容易被滥用的特性。它晦涩难懂，又缺陷丛生，并且几乎每个用例都被我发现有更好的解决方案（使用其它的Python工具）。但是，当你确实需要new时，它令人难以置信的强大并且值得去理解。
—— Arion Sprague, Python’s Hidden New
在python中，一个问题的最佳解决方案是用new的情况是罕见的。麻烦的是如果你手里有把锤子，任何问题看起来都会像是钉子了 —— 那么你可能会突然遇到很多new能解决的问题。但是我们应该更倾向于更好的设计而不是使用一个全新的工具。new并不总是更好的。