Python中__init__、__new__与__call__方法的深度解析

前言

本文主要介绍Python中__init__、__new__和__call__方法的核心机制与应用场景，供开发者参考学习。

任何对象都经历从创建、使用到销毁的生命周期。在面向对象编程模型中，对象的创建、初始化、使用及垃圾回收由不同的方法阶段负责执行。

在定义类时，开发者最常使用__init__方法，而__new__和__call__较少涉及。本文旨在清晰阐述这三个方法的正确用法及具体应用场景。

本文不讨论新式类与老式类的区别，因为老式类属于Python2的概念，现已基本淘汰。Python3中所有类默认继承object，即为新式类，无需显式指定。本文代码均基于Python3环境。

__init__方法

__init__方法负责对象的初始化工作。在该方法执行前，对象实例实际上已经存在，否则初始化将无从谈起。示例如下：

# class A(object): python2 必须显示地继承object
class A:
 def __init__(self):
  print("__init__ ")
  super(A, self).__init__()

 def __new__(cls):
  print("__new__ ")
  return super(A, cls).__new__(cls)

 def __call__(self): # 可以定义任意参数
  print('__call__ ')

A()

输出

__new__
__init__

从输出结果可见，__new__方法先被调用并返回一个实例对象，随后__init__被调用。__call__方法在此处未被触发，将在后文单独讨论。

def __init__(self):
 print("__init__ ")
 print(self)
 super(A, self).__init__()

def __new__(cls):
 print("__new__ ")
 self = super(A, cls).__new__(cls)
 print(self)
 return self

输出：

__new__ 
<__main__.A object at 0x1007a95f8>
__init__ 
<__main__.A object at 0x1007a95f8>

从输出结果来看，__new__方法的返回值即为类的实例对象。该实例对象会作为self参数传递给__init__方法，以确保实例能被正确初始化。

如果__new__方法不返回值（即返回None），则__init__方法将不会被调用。这是因为实例未创建，调用初始化方法没有意义。此外，Python规定__init__只能返回None，否则将引发报错，读者可自行验证。

__init__方法常用于执行初始化工作，例如对实例对象的状态进行初始化：

def __init__(self, a, b):
 self.a = a
 self.b = b
 super(A, self).__init__()

另外，__init__方法中除self外的参数，必须与__new__方法中除cls外的参数保持一致或等效。

class B:
 def __init__(self, *args, **kwargs):
  print("init", args, kwargs)

 def __new__(cls, *args, **kwargs):
  print("new", args, kwargs)
  return super().__new__(cls)

B(1, 2, 3)

# 输出

new (1, 2, 3) {}
init (1, 2, 3) {}

__new__方法

通常我们不会重写该方法，除非明确知晓其机制与适用场景。__new__作为构造函数用于创建对象，是一个专门生产实例对象的工厂函数。著名的单例设计模式即可通过此方法实现。在编写框架级代码时可能会用到它，例如微型Web框架Bottle中就有应用。

class BaseController(object):
 _singleton = None
 def __new__(cls, *a, **k):
  if not cls._singleton:
   cls._singleton = object.__new__(cls, *a, **k)
  return cls._singleton

这段代码出自 https://github.com/bottlepy/bottle/blob/release-0.6/bottle.py

这是通过__new__方法实现单例模式的一种方式：若实例已存在则直接返回，否则先创建实例再返回。当然，实现单例模式的方法不止一种，Python之禅指出：

There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it.

用一种方法，最好是只有一种方法来做一件事。

__call__方法

关于__call__方法，需先了解“可调用对象”（callable）的概念。自定义函数、内置函数和类均属于可调用对象，即任何可将一对括号()应用于其上的对象均可称为可调用对象。可使用callable函数判断对象是否可调用。

若在类中实现__call__方法，其实例对象也将成为可调用对象。回到最初的例子：

a = A()
print(callable(a)) # True

a是实例对象，同时也是可调用对象，因此可以像调用函数一样调用它。尝试：

a() # __call__

这体现了实例对象可作为可调用对象使用的特性。该特性适用于何种场景？结合类的特性来看，类可以存储数据（属性），而函数不行（闭包除外）。利用这一特性可实现基于类的装饰器，在类中记录状态。例如，以下示例用于记录函数被调用的次数：

class Counter:
 def __init__(self, func):
  self.func = func
  self.count = 0

 def __call__(self, *args, **kwargs):
  self.count += 1
  return self.func(*args, **kwargs)

@Counter
def foo():
 pass

for i in range(10):
 foo()

print(foo.count) # 10

Bottle框架中也有__call__方法的使用案例，此外，stackoverflow上也有相关实践示例，推荐参考。若项目需要更高抽象度或框架级代码，这些高级特性往往能发挥重要作用。

总结

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习或工作有所帮助。如有疑问，欢迎留言交流，感谢支持。