背景

最近嘗試了解Django中ORM實(shí)現(xiàn)的原理，發(fā)現(xiàn)其用到了metaclass(元類)這一技術(shù)，進(jìn)一步又涉及到Python class中有兩個(gè)特殊內(nèi)置方法__init__與__new__，決定先嘗試探究一番兩者的具體作用與區(qū)別。
PS: 本文中涉及的類均為Python3中默認(rèn)的新式類，對(duì)應(yīng)Python2中則為顯式繼承了object的class，因?yàn)槲蠢^承object基類的舊式類并沒有這些內(nèi)置方法。

__init__方法作用

凡是使用Python自定義過class就必然要和__init__方法打交道，因?yàn)閏lass實(shí)例的初始化工作即由該函數(shù)負(fù)責(zé)，實(shí)例各屬性的初始化代碼一般都寫在這里。事實(shí)上之前如果沒有認(rèn)真了解過class實(shí)例化的詳細(xì)過程，會(huì)很容易誤認(rèn)為__init__函數(shù)就是class的構(gòu)造函數(shù)，負(fù)責(zé)實(shí)例創(chuàng)建(內(nèi)存分配)、屬性初始化工作，但實(shí)際上__init__只是負(fù)責(zé)第二步的屬性初始化工作，第一步的內(nèi)存分配工作另有他人負(fù)責(zé)--也就是__new__函數(shù)。

__new__方法作用

__new__是一個(gè)內(nèi)置staticmethod，其首個(gè)參數(shù)必須是type類型--要實(shí)例化的class本身，其負(fù)責(zé)為傳入的class type分配內(nèi)存、創(chuàng)建一個(gè)新實(shí)例并返回該實(shí)例，該返回值其實(shí)就是后續(xù)執(zhí)行__init__函數(shù)的入?yún)elf，大體執(zhí)行邏輯其實(shí)可以從Python的源碼typeobject.c中定義的type_call函數(shù)看出來：

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); # 這里先執(zhí)行tp_new分配內(nèi)存、創(chuàng)建對(duì)象返回obj
     obj = _Py_CheckFunctionResult((PyObject*)type, obj, NULL);
 ...
     type = Py_TYPE(obj); # 這里獲取obj的class類型，并判定有tp_init則執(zhí)行該初始化函數(shù)
     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;
}

執(zhí)行代碼class(*args, **kwargs) 時(shí)，其會(huì)先調(diào)用type_new函數(shù)分配內(nèi)存創(chuàng)建實(shí)例并返回為obj，而后通過Py_TYPE(obj)獲取其具體type，再進(jìn)一步檢查type->tp_init不為空則執(zhí)行該初始化函數(shù)。

__init__ && __new__聯(lián)系

上面已經(jīng)明確__new__負(fù)責(zé)內(nèi)存分配創(chuàng)建好實(shí)例，__init__負(fù)責(zé)實(shí)例屬性的相關(guān)初始化工作，乍看上去對(duì)于實(shí)例屬性的初始化代碼完全可以也放在__new__之中，即__new__同時(shí)負(fù)責(zé)對(duì)象創(chuàng)建、屬性初始化，省去多定義一個(gè)__init__函數(shù)的工作，那為什么要把這兩個(gè)功能拆分開來呢？
stackoverflow上有一個(gè)回答感覺比較合理:

As to why they're separate (aside from simple historical reasons): __new__ methods require a bunch of boilerplate to get right (the initial object creation, and then remembering to return the object at the end). __init__ methods, by contrast, are dead simple, since you just set whatever attributes you need to set.

大意是__new__方法自定義要求保證實(shí)例創(chuàng)建、并且必須記得返回實(shí)例對(duì)象的一系列固定邏輯正確，而__init__方法相當(dāng)簡單只需要設(shè)置想要設(shè)置的屬性即可，出錯(cuò)的可能性就很小了，絕大部分場景用戶完全只需要更改__init__方法，用戶無需感知__new__的相關(guān)邏輯。
另外對(duì)于一個(gè)實(shí)例理論上是可以通過多次調(diào)用__init__函數(shù)進(jìn)行初始化的，但是任何實(shí)例都只可能被創(chuàng)建一次，因?yàn)槊看握{(diào)用__new__函數(shù)理論上都是創(chuàng)建一個(gè)新實(shí)例返回(特殊情況如單例模式則只返回首次創(chuàng)建的實(shí)例)，而不會(huì)存在重新構(gòu)造已有實(shí)例的情況。
針對(duì)__init__可被多次調(diào)用的情況，mutable和immutable對(duì)象會(huì)有不同的行為，因?yàn)閕mmutable對(duì)象從語義上來說首次創(chuàng)建、初始化完成后就不可以修改了，所以后續(xù)再調(diào)用其__init__方法應(yīng)該無任何效果才對(duì)，如下以list和tuple為例可以看出：

In [1]: a = [1, 2, 3]; print(id(a), a)
4590340288 [1, 2, 3]
# 對(duì)list實(shí)例重新初始化改變其取值為[4, 5]
In [2]: a.__init__([4, 5]); print(id(a), a)
4590340288 [4, 5]

In [3]: b = (1, 2, 3); print(id(b), b)
4590557296 (1, 2, 3)
# 對(duì)tuple實(shí)例嘗試重新初始化并無任何效果，符合對(duì)immutable類型的行為預(yù)期
In [4]: b.__init__((4, 5)); print(id(b), b)
4590557296 (1, 2, 3)

這里可以看出將實(shí)例創(chuàng)建、初始化工作獨(dú)立拆分后的一個(gè)好處是：要自定義immutable class時(shí)，就應(yīng)該自定義該類的__new__方法，而非__init__方法，對(duì)于immutable class的定義更方便了。

使用__new__的場景

上面已經(jīng)說過對(duì)于絕大部分場景自定義__init__函數(shù)初始化實(shí)例已經(jīng)能cover住需求，完全不需要再自定義__new__函數(shù)，但是終歸是有一些“高端”場景需要自定義__new__的，經(jīng)過閱讀多篇資料，這里大概總結(jié)出了兩個(gè)主要場景舉例如下。

定義、繼承immutable class

之前已經(jīng)說過__int__與__new__的拆分使immutable class的定義更加方便了，因?yàn)橹恍枰远x僅在創(chuàng)建時(shí)會(huì)調(diào)用一次的__new__方法即可保證后面任意調(diào)用其__init__方法也不會(huì)有副作用。
而如果是繼承immutable class，要自定義對(duì)應(yīng)immutable 實(shí)例的實(shí)例化過程，也只能通過自定義__new__來實(shí)現(xiàn)，更改__init__是沒有用的，如下嘗試定義一個(gè)PositiveTuple，其繼承于tuple，但是會(huì)將輸入數(shù)字全部轉(zhuǎn)化為正數(shù)。
首先嘗試自定義__init__的方法：

In [95]: class PositiveTuple(tuple):
    ...:     def __init__(self, *args, **kwargs):
    ...:         print('get in init one, self:', id(self), self)
    ...:         # 直接通過索引賦值的方式會(huì)報(bào): PositiveTuple' object does not support item assignment
    ...:         # for i, x in enumerate(self):
    ...:         #     self[i] = abs(x)
    ...:         # 只能嘗試對(duì)self整體賦值
    ...:         self = tuple(abs(x) for x in self)
    ...:         print('get in init two, self:', id(self), self)
    ...:

In [96]: t = PositiveTuple([-3, -2, 5])
get in init one, self: 4590714416 (-3, -2, 5)
get in init two, self: 4610402176 (3, 2, 5)

In [97]: print(id(t), t)
4590714416 (-3, -2, 5)

可以看到雖然在__init__中重新對(duì)self進(jìn)行了賦值，其實(shí)只是相當(dāng)于新生成了一個(gè)tuple對(duì)象4610402176，t指向的依然是最開始生成好的實(shí)例4590714416。
如下為使用自定義__new__的方法：

In [128]: class PositiveTuple(tuple):
     ...:     def __new__(cls, *args, **kwargs):
     ...:         self = super().__new__(cls, *args, **kwargs)
     ...:         print('get in init one, self:', id(self), self)
     ...:         # 直接通過索引賦值的方式會(huì)報(bào): PositiveTuple' object does not support item assignment
     ...:         # for i, x in enumerate(self):
     ...:         #     self[i] = abs(x)
     ...:         # 只能嘗試對(duì)self整體賦值
     ...:         self = tuple(abs(x) for x in self)
     ...:         print('get in init two, self:', id(self), self)
     ...:         return self
     ...:
     ...:
In [129]: t = PositiveTuple([-3, -2, 5])
get in init one, self: 4621148432 (-3, -2, 5)
get in init two, self: 4611736752 (3, 2, 5)

In [130]: print(id(t), t)
4611736752 (3, 2, 5)

可以看到一開始調(diào)用super.__new__時(shí)其實(shí)已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)實(shí)例4621148432，而后通過新生成一個(gè)全部轉(zhuǎn)化為正數(shù)的tuple 4611736752賦值后返回，最終返回的實(shí)例t也就最終需要的全正數(shù)tuple。

使用metaclass

另一個(gè)使用__new__函數(shù)的場景是metaclass，這是一個(gè)號(hào)稱99%的程序員都可以不用了解的“真高端”技術(shù)，也是Django中ORM實(shí)現(xiàn)的核心技術(shù)，目前本人也還在摸索、初學(xué)之中，這里推薦一篇文章科普：http://www.dbjr.com.cn/article/137718.htm ，以后有機(jī)會(huì)再單獨(dú)寫一篇blog探究。

參考文獻(xiàn)

https://stackoverflow.com/a/4859181/11153091
https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017592449371072
https://xxhs-blog.readthedocs.io/zh_CN/latest/how_to_be_a_rich_man.html
https://blog.csdn.net/luoweifu/article/details/82732313

https://www.cnblogs.com/wdliu/p/6757511.html

到此這篇關(guān)于Python中class內(nèi)置方法__init__與__new__作用與區(qū)別探究的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python class內(nèi)置方法內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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