让我们以一个Foo类开始：

class Foo(object):

def __init__(self, x, y=0):

self.x = x

self.y = y

当你实例化它(即创建该类的一个新的实例)时发生了什么？

f = Foo(1, y=2)

对Foo的调用到底调用了什么函数或方法呢？大多数新手甚至许多有经验的Python开发者会立刻回答：调用了__init__方法。如果你停下来仔细想1秒，你会发现这远不是一个正确答案。

__init__并没有返回一个对象，但是调用Foo(1, y=2)确实返回了一个对象。而且，__init__预期一个self参数，但是当我们调用Foo(1, y=2)时这里并没有这个参数。这里会有更复杂的工作。在这篇文章中，让我们探究下在Python中实例化一个类时到底发生了什么。

构造顺序

在Python中实例化一个对象包含了几个阶段，但它的妙处在于它们自身是Pythonic(python之禅)的——理解这些步骤使得我们对Python整体有多一点的了解。Foo是一个类，但是Python中的类也是对象！类、函数、方法以及实例都是对象，并且无论何时你将一对括号放在它们的名字后面时，就会调用它们的__call__方法。所以Foo(1, y=2)是等价于Foo.__call__(1, y=2)的。__call__方法是定义在Foo的类中的。Foo的类是什么呢？

>>> Foo.__class__

所以Foo是类型type的一个对象并且调用__call__返回一个Foo类的对象。让我们看下type中的__call__方法是什么样的。这个方法相当的复杂，但是我们尝试尽量简化它。在下面我粘贴了CPython C和PyPy Python的实现。我发想从源码中寻找答案是很有趣的，但是你也可以直接看下面的简化版：

CPython

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);

obj = _Py_CheckFunctionResult((PyObject*)type, obj, NULL);

if (obj == NULL)

return NULL;

/* Ugly exception: when the call was type(something),

don't call tp_init on the result. */

if (type == &PyType_Type &&

PyTuple_Check(args) && PyTuple_GET_SIZE(args) == 1 &&

(kwds == NULL ||

(PyDict_Check(kwds) && PyDict_Size(kwds) == 0)))

return obj;

/* If the returned object is not an instance of type,

it won't be initialized. */

if (!PyType_IsSubtype(Py_TYPE(obj), type))

return obj;

type = Py_TYPE(obj);

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;

}

PyPy

def descr_call(self, space, __args__):

promote(self)

# invoke the __new__ of the type

if not we_are_jitted():

# note that the annotator will figure out that self.w_new_function

# can only be None if the newshortcut config option is not set

w_newfunc = self.w_new_function

else:

# for the JIT it is better to take the slow path because normal lookup

# is nicely optimized, but the self.w_new_function attribute is not

# known to the JIT

w_newfunc = None

if w_newfunc is None:

w_newtype, w_newdescr = self.lookup_where('__new__')

if w_newdescr is None: # see test_crash_mro_without_object_1

raise oefmt(space.w_TypeError, "cannot create '%N' instances",

self)

w_newfunc = space.get(w_newdescr, self)

if (space.config.objspace.std.newshortcut and

not we_are_jitted() and

isinstance(w_newtype, W_TypeObject)):

self.w_new_function = w_newfunc

w_newobject = space.call_obj_args(w_newfunc, self, __args__)

call_init = space.isinstance_w(w_newobject, self)

# maybe invoke the __init__ of the type

if (call_init and not (space.is_w(self, space.w_type) and

not __args__.keywords and len(__args__.arguments_w) == 1)):

w_descr = space.lookup(w_newobject, '__init__')

if w_descr is not None: # see test_crash_mro_without_object_2

w_result = space.get_and_call_args(w_descr, w_newobject,

__args__)

if not space.is_w(w_result, space.w_None):

raise oefmt(space.w_TypeError,

"__init__() should return None")

return w_newobject

如果我们忽略错误检查，那么对于常规类的实例化它大致等同如下：

def __call__(obj_type, *args, **kwargs):

obj = obj_type.__new__(*args, **kwargs)

if obj is not None and issubclass(obj, obj_type):

obj.__init__(*args, **kwargs)

return obj

__new__方法为对象分配了内存空间，构建它为一个“空"对象然后__init__方法被调用来初始化它。

总的来说：

Foo(*args, **kwargs)等价于Foo.__call__(*args, **kwargs)

既然Foo是一个type的实例，Foo.__call__(*args, **kwargs)实际调用的是type.__call__(Foo, *args, **kwargs)

type.__call__(Foo, *args, **kwargs)调用type.__new__(Foo, *args, **kwargs)，然后返回一个对象。

obj随后通过调用obj.__init__(*args, **kwargs)被初始化。

obj被返回。

定制

现在我们将注意力转移到__new__方法上。本质上，它是负责实际对象的创建的方法。我们不会具体探究__new__方法的底层实现细节。它的要点是它会为对象分配空间并返回该对象。有趣的是，一旦你意识到__new__做了什么，你可以用它来定制有趣的实例创建方式。值得注意的是，尽管__new__是一个静态方法，但你不需要用@staticmethod来声明它——它是Python解释器的特例。

一个精彩的展现__new__方法的力量的例子就是用它来实现一个单例类：

class Singleton(object):

_instance = None

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

if cls._instance is None:

cls._instance = super().__new__(cls, *args, **kwargs)

return cls._instance

然后使用它：

>>> s1 = Singleton()

... s2 = Singleton()

... s1 is s2

True

注意在这个单例类的实现中，__init__方法会在每次我们调用Singleton()时被调用，所以要小心处理。

另外一个相似的例子是实现Borg design pattern：

class Borg(object):

_dict = None

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

obj = super().__new__(cls, *args, **kwargs)

if cls._dict is None:

cls._dict = obj.__dict__

else:

obj.__dict__ = cls._dict

return obj

然后：

>>> b1 = Borg()

... b2 = Borg()

... b1 is b2

False

>>> b1.x = 8

... b2.x

8

最后的提醒——上面的例子展示了__new__的力量，但是只是说明你可以使用它，而不是意味着你应该这么做：

__new__是Python中最容易被滥用的特性。它晦涩难懂，又缺陷丛生，并且几乎每个用例都被我发现有更好的解决方案(使用其它的Python工具)。但是，当你确实需要__new__时，它令人难以置信的强大并且值得去理解。

—— Arion Sprague, Python’s Hidden New

在python中，一个问题的最佳解决方案是用__new__的情况是罕见的。麻烦的是如果你手里有把锤子，任何问题看起来都会像是钉子了 —— 那么你可能会突然遇到很多__new__能解决的问题。但是我们应该更倾向于更好的设计而不是使用一个全新的工具。__new__并不总是更好的。

参考

补充

如果 Foo 定义了一个 __call__方法，Foo(*args, **kwargs) 并不等于Foo.__call__(*args, **kwargs):

>>> class Foo:

... def __call__(self):

... print('running __call__')

...

>>> Foo()

>>> Foo.__call__()

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

TypeError: __call__() missing 1 required positional argument: 'self'

In this case, __call__ is used to call instances of the class :

>>> Foo()()

running __call__

>>>