python - 如何创建一个不允许重复实例的类(尽可能返回现有实例)？

Question

我有数据，每个条目都需要是类的实例。我预计我的数据中会遇到许多重复的条目。我本质上希望得到一组所有唯一条目(即丢弃任何重复项)。然而，实例化整个批处理并在事后将它们放入集合中并不是最佳选择，因为......

1. 我有很多个条目，
2. 重复条目的比例预计会相当高，
3. 我的__init__()方法对每个唯一条目进行大量昂贵的计算，因此我想避免不必要地重做这些计算。

我认识到这基本上与提出的问题 here 相同。但是...

1. 接受的答案实际上并不能解决问题。如果你做__new__()返回一个现有实例，从技术上讲它并没有创建一个新实例，但它仍然调用 __init__()然后重做您已经完成的所有工作，这使得覆盖 __new__()完全没有意义。 (这可以通过在 print 和 __new__() 中插入 __init__() 语句来轻松演示，这样您就可以看到它们何时运行。)

2. 另一个答案需要在需要新实例时调用类方法而不是调用类本身(例如: x = MyClass.make_new() 而不是 x = MyClass() )。这是可行的，但恕我直言，它并不理想，因为这不是人们认为创建新实例的正常方式。

可以__new__()被覆盖，以便它将返回一个现有实体而不运行 __init__()又在上面吗？如果这不可能，是否有其他方法可以解决这个问题？

Answer 1

假设您有一种方法来识别重复实例以及此类实例的映射，那么您有一些可行的选择:

1. 使用 classmethod 为您获取实例。 classmethod 的用途与 __call__ 类似。在您的元类中(当前为 type )。主要区别在于，它会在调用 __new__ 之前检查具有所请求 key 的实例是否已存在。 :

   class QuasiSingleton:
       @classmethod
       def make_key(cls, *args, **kwargs):
           # Creates a hashable instance key from initialization parameters
   
       @classmethod
       def get_instance(cls, *args, **kwargs):
           key = cls.make_key(*args, **kwargs)
           if not hasattr(cls, 'instances'):
               cls.instances = {}
           if key in cls.instances:
               return cls.instances[key]
           # Only call __init__ as a last resort
           inst = cls(*args, **kwargs)
           cls.instances[key] = inst
           return inst
   

   我建议使用这个基类，特别是如果您的类在任何方面都是可变的。您不希望一个实例的修改出现在另一个实例中，而不明确这些实例可能是相同的。做cls(*args, **kwargs)意味着您每次都会获得不同的实例，或者至少您的实例是不可变的并且您不关心。

2. 重新定义__call__在你的元类中:

   class QuasiSingletonMeta(type):
       def make_key(cls, *args, **kwargs):
           ...
   
       def __call__(cls, *args, **kwargs):
           key = cls.make_key(*args, **kwargs)
           if not hasattr(cls, 'instances'):
               cls.instances = {}
           if key in cls.instances:
               return cls.instances[key]
           inst = super().__call__(*args, **kwargs)
           cls.instances[key] = inst
           return inst
   

   在这里，super().__call__相当于调用__new__和__init__对于 cls .

在这两种情况下，基本缓存代码是相同的。主要区别在于如何从用户的角度获取新实例。使用classmethod喜欢 get_instance直观地通知用户他们正在获取重复的实例。使用对类对象的正常调用意味着实例将始终是新的，因此只能对不可变类执行此操作。

请注意，在上面显示的两种情况下，调用 __new__ 都没有多大意义。没有__init__ .

第三种混合选项也是可能的。使用此选项，您将创建一个新实例，但复制 __init__ 的昂贵部分。从现有实例进行计算，而不是重新进行。如果通过元类实现，这个版本不会造成任何问题，因为所有实例实际上都是独立的:

class QuasiSingleton:
    @classmethod
    def make_key(cls, *args, **kwargs):
        ...

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        if 'cache' not in cls.__dict__:
            cls.cache = {}
        return super().__new__(cls, *args, **kwargs)

    def __init__(self, *args, **kwargs):
        key = self.make_key(*args, **kwargs)
        if key in self.cache:  # Or more accurately type(self).instances
            data = self.cache[key]
        else:
            data = # Do lengthy computation
        # Initialize self with data object

使用此选项，请记得调用super().__init__和(super().__new__，如果您需要的话)。