使用类变量与字典存储实例时，单例模式为何表现不同？

第一种实现的逻辑与结果 #

class Base:

    _instance: "Base" = None

    def __new__(cls) -> "Base":
        if cls._instance is None:
            cls._instance = super().__new__(cls)
        return cls._instance

class A(Base):
    def foo(self):
        return "foo"

class B(Base):
    def quz(self):
        return "quz"

a = A()
b = B()

print(id(a))
print(id(b))

输出：

140035075937792
140035075948400

原因 #

Python中，子类继承父类的类属性时，当子类对类属性进行赋值操作，会在子类自己的命名空间中创建独立的属性副本。
在这个实现里，__new__方法中操作的是cls._instance——cls是当前被实例化的子类（A或B）。实例化A时，A没有自己的_instance属性，会先读取Base的_instance（值为None），随后给A._instance赋值；实例化B时，同理操作的是B._instance。最终A和B各自拥有独立的实例存储，所以a和b是两个不同的对象，ID不同。

第二种实现的逻辑与结果 #

from typing import Dict

class Base:

    _instances: Dict[int, "Base"] = {}

    def __new__(cls) -> "Base":
        if 0 not in cls._instances:
            cls._instances[0] = super().__new__(cls)
        return cls._instances[0]

class A(Base):
    def foo(self):
        return "foo"

class B(Base):
    def quz(self):
        return "quz"

a = A()
b = B()

print(id(a))
print(id(b))

输出：

140035075947296
140035075947296

原因 #

这里的_instances是Base类的字典属性，子类A和B不会自动创建该属性的副本——因为代码中只对字典进行in判断和内部键值对赋值操作，没有直接给cls._instances重新赋值。
实例化A时，cls是A，A没有自己的_instances，会直接使用Base的_instances字典。此时字典中没有0这个键，所以创建A的实例存入Base._instances[0]。当实例化B时，cls是B，同样会读取Base的_instances字典，此时0键已经存在，直接返回字典里的A实例，所以b和a是同一个对象，ID完全相同。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Victor Wong