Python 如何实现单例模式?请写出两种实现方式?

参考回答

在 Python 中，单例模式（Singleton Pattern）是一种常见的设计模式，它确保一个类只有一个实例，并且提供全局访问该实例的方法。实现单例模式有多种方法，下面列举了两种常见的实现方式。

1. 使用类变量（类属性实现单例模式）

通过类属性来保存实例，确保类只有一个实例。每次访问类时，都会返回相同的实例。

示例：

class Singleton:
    _instance = None  # 类属性，用来保存唯一的实例

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

# 测试单例模式
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()

print(s1 is s2)  # 输出: True，s1 和 s2 是同一个实例

• 原理：在 __new__ 方法中检查是否已经创建了实例，如果没有，就创建并保存它；如果已经创建，直接返回已有实例。
• 优点：简单直观，容易理解。
• 缺点：仅适用于简单的单例场景，无法进行更细粒度的控制。

2. 使用装饰器（装饰器实现单例模式）

通过定义一个装饰器函数来控制实例的创建，确保每次调用该类时返回相同的实例。

示例：

def singleton(cls):
    instances = {}
    def wrapper(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]
    return wrapper

@singleton
class Singleton:
    def __init__(self):
        print("Instance created")

# 测试单例模式
s1 = Singleton()
s2 = Singleton()

print(s1 is s2)  # 输出: True，s1 和 s2 是同一个实例

• 原理：通过装饰器 singleton 维护一个字典 instances，其中存储类的唯一实例。如果实例已存在，返回已创建的实例，否则创建并保存实例。
• 优点：将单例逻辑封装在装饰器中，使用更加简洁。
• 缺点：对于装饰器的使用需要额外的理解，但它使得代码更加灵活和可复用。

详细讲解与拓展

1. 使用 __new__ 方法实现单例模式

• 在 Python 中，__new__ 是一个特殊方法，它负责创建实例。通过重写 __new__ 方法，我们可以控制实例的创建过程，从而实现单例模式。
• 每次创建实例时，我们首先检查类变量 _instance 是否已经保存了实例，如果是，直接返回这个实例，否则创建新的实例并保存。

2. 使用装饰器实现单例模式

• 装饰器是一种 Python 函数，它通过将现有函数或类包装在另一个函数中来修改或增强其行为。
• 在单例模式中，装饰器维护一个字典（或其他数据结构），用来存储类的实例，确保只有一个实例存在。

3. 总结

• __new__ 方法实现单例模式：通过重写 __new__ 方法，可以确保类只有一个实例。
• 装饰器实现单例模式：通过装饰器在类级别进行控制，简单高效地实现单例模式，代码更简洁。

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