使用元类控制实例的创建

用元类实现多种实例创建模式通常要比不使用元类的方式优雅得多。

假设你不使用元类，你可能需要将类隐藏在某些工厂函数后面。 比如为了实现一个单例，你你可能会像下面这样写：

class _Spam: def init(self): print('Creating Spam')

_spam_instance = None

def Spam(): global _spam_instance

if _spam_instance is not None:
    return _spam_instance
else:
    _spam_instance = _Spam()
    return _spam_instance

尽管使用元类可能会涉及到比较高级点的技术，但是它的代码看起来会更加简洁舒服，而且也更加直观。

Python程序员都知道，如果你定义了一个类，就能像函数一样的调用它来创建实例，例如：

class Spam:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

a = Spam('Guido')
b = Spam('Diana')
如果你想自定义这个步骤，你可以定义一个元类并自己实现 __call__() 方法。

为了演示，假设你不想任何人创建这个类的实例：

class NoInstances(type):
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        raise TypeError("Can't instantiate directly")

# Example
class Spam(metaclass=NoInstances):
    @staticmethod
    def grok(x):
        print('Spam.grok')
这样的话，用户只能调用这个类的静态方法，而不能使用通常的方法来创建它的实例。例如：

>>> Spam.grok(42)
Spam.grok
>>> s = Spam()
Traceback (most recent call last):
    File "<stdin>", line 1, in <module>
    File "example1.py", line 7, in __call__
        raise TypeError("Can't instantiate directly")
TypeError: Can't instantiate directly
>>>
现在，假如你想实现单例模式（只能创建唯一实例的类），实现起来也很简单：

class Singleton(type):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        self.__instance = None
        super().__init__(*args, **kwargs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        if self.__instance is None:
            self.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)
            return self.__instance
        else:
            return self.__instance

# Example
class Spam(metaclass=Singleton):
    def __init__(self):
        print('Creating Spam')
那么Spam类就只能创建唯一的实例了，演示如下：

>>> a = Spam()
Creating Spam
>>> b = Spam()
>>> a is b
True
>>> c = Spam()
>>> a is c
True
>>>
最后，假设你想创建8.25小节中那样的缓存实例。下面我们可以通过元类来实现：

import weakref

class Cached(type):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super().__init__(*args, **kwargs)
        self.__cache = weakref.WeakValueDictionary()

    def __call__(self, *args):
        if args in self.__cache:
            return self.__cache[args]
        else:
            obj = super().__call__(*args)
            self.__cache[args] = obj
            return obj

# Example
class Spam(metaclass=Cached):
    def __init__(self, name):
        print('Creating Spam({!r})'.format(name))
        self.name = name
然后我也来测试一下：

>>> a = Spam('Guido')
Creating Spam('Guido')
>>> b = Spam('Diana')
Creating Spam('Diana')
>>> c = Spam('Guido') # Cached
>>> a is b
False
>>> a is c # Cached value returned
True
>>>