【Python基础知识】单例模式

单例模式是保证一个类仅有一个实例的设计模式。Windows中的任务管理器就是一个典型的单例模式软件。Windows任务管理器如图所示。

Windows任务管理器

Windows任务管理器只能打开一个，即使用户重复打开，也只能获得一个实例，这不同于Word等软件可以打开多个实例。这是因为如果有2个窗口同时都能结束进程，那么在窗口A中结束了某进程，而在窗口B中该进程还保留着;反之，在窗口B中结束了某进程，而在窗口A中该进程还保留着。这样就会造成冲突，导致系统崩溃。

定义单例类的语法格式如下：

class 类名(object):

def __new__(cls, *args, **kwargs):

if not hasattr(cls, '_instance'):

# 第一种方式

cls._instance = object.__new__(cls)

# 第二种方式

# cls._instance = super(类名, cls).__new__(cls)

return cls._instance

创建的单例类继承了object类。类中定义了一个魔法方法__new__()，__new__()方法是创建实例时调用的方法，因此，常说的创建一个实例，其实就是使用这个方法创建的。在__new__()方法中，第一个参数为cls，说明这是一个类方法，后面两个参数分别为*args和**kwargs。用这个方法来创建唯一实例。__new__()方法中，采用if语句判断当前类的实例是否存在，如果不存在，那么需要先创建实例，再返回当前类的实例;如果存在，那么直接返回当前类的实例。可以采用两种方式来创建实例，第一种方式是父类object调用魔法方法__new__()，参数为当前类本身;第二种是用super()方法，指定调用当前类父类的__new__()方法。

下面是一个单例类的示例。先编写一个Singleton类，代码如下：

1. class Singleton(object): 
2.     def __new__(cls, *args, **kwargs): 
3.         if not hasattr(cls, '_instance'): 
4.             cls._instance = object.__new__(cls) 
5.             # cls._instance = super(Singleton, cls).__new__(cls) 
6.         return cls._instance 

再创建Singleton类的两个实例，代码如下：

1. s1 = Singleton() 
2. s2 = Singleton() 

最后通过id()函数生成两个实例的内存地址，从而判断Singleton类是不是单例类，代码如下：

1. print('s1的地址：{}，s2的地址：{}'.format(id(s1), id(s2))) 

运行结果：

1. s1的地址：31244920，s2的地址：31244920 

由运行结果可知，这两个实例的内存地址一致，说明是同一个实例，即生成的是单一实例，也就是说s1和s2其实是这一个实例的不同名称而已，因此，Singleton类是单例类。

在上述示例的基础上，先创建一个Mother类继承Singleton类，类中包含实例属性msg表示菜信息，实例方法get_food()用于接收并拼接菜信息msg，实例方法food()用于打印菜信息msg：

1. class Mother(Singleton):   # 继承Singleton类 
2.     def __init__(self, msg=''): 
3.         self.msg = msg 
4.     def get_food(self, new_food): 
5.         self.msg += new_food 
6.     def food(self): 
7.         print('做菜:', self.msg) 

再创建Mother类的两个实例，并分别调用get_food()方法将菜信息作为参数进行传递，代码如下：

1. mother1 = Mother() 
2. mother2 = Mother() 
3. mother1.get_food('西红柿') 
4. mother2.get_food('鸡蛋') 

最后分别打印这两个实例的内存地址，并调用food()方法打印菜信息，代码如下：

1. print('儿子的妈妈id:', id(mother1)) 
2. mother1.food() 
3. print('女儿的妈妈id:', id(mother2)) 
4. mother2.food() 

运行结果：

1. 儿子的妈妈id: 5758896 
2. 做菜: 西红柿鸡蛋 
3. 女儿的妈妈id: 5758896 
4. 做菜: 西红柿鸡蛋 

由于Monther类继承了Singleton类，因此，实例mother1和mother2指向的是同一个内存地址，两次调用get_food()方法，参数中的字符串会拼接在一起，在调用food()方法时，打印结果都是拼接后的“西红柿鸡蛋”。

如果在创建Mother类时不继承Singleton类，那么运行结果是否发生改变呢?只修改定义Mother类的第一行代码，其余代码不变，修改的代码如下：

1. class Mother(): 

运行结果：

1. 儿子的妈妈id: 169246848 
2. 做菜: 西红柿 
3. 女儿的妈妈id: 169246904 
4. 做菜: 鸡蛋 

由两次的运行结果可知，修改之前打印的两个内存地址是相同的，而修改之后打印的两个内存地址不相同，说明修改之后创建Monther类的两个实例是不同的实例，因此，这两个实例分别调用get_food()方法时，字符串不会进行拼接，调用food()方法时打印结果也不相同。

综上所述，单例模式只有唯一实例，解决资源共享问题，节约系统内存，提高系统运行效率。