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详解Python元类(metaclass)

   

什么是元类?

理解元类(metaclass)之前,我们先了解下Python中的OOP和类(Class)。

详解Python元类(metaclass)

面向对象全称 Object Oriented Programming 简称OOP,这种编程思想被大家所熟知。它是把对象作为一个程序的基本单元,把数据和功能封装在里面,能够实现很好的复用性,灵活性和扩展性。OOP中有2个基本概念:类和对象:

是描述如何创建一个对象的代码段,用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合,它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法

对象是类的实例(Instance)。

我们举个例子:

In : class ObjectCreator(object):
...:     pass
...:
In : my_object = ObjectCreator()
In : my_object
Out: <__main__.ObjectCreator at 0x1082bbef0>

而Python中的类并不是仅限于此:

In : print(ObjectCreator)
<class '__main__.ObjectCreator'>

ObjectCreator竟然可以被print,所以它的类也是对象!既然类是对象,你就能动态地创建它们,就像创建任何对象那样。我在日常工作里面就会有这种动态创建类的需求,比如在mock数据的时候,现在有个函数func接收一个参数:

In : def func(instance):
...:     print(instance.a, instance.b)
...:     print(instance.method_a(10))
...:

正常使用起来传入的instance是符合需求的(有a、b属性和method_a方法),但是当我想单独调试func的时候,需要「造」一个,假如不用元类,应该是这样写:

In : def generate_cls(a, b):
...:     class Fake(object):
...:         def method_a(self, n):
...:             return n
...:     Fake.a = a
...:     Fake.b = b
...:     return Fake
...:
In : ins = generate_cls(1, 2)()
In : ins.a, ins.b, ins.method_a(10)
Out: (1, 2, 10)

你会发现这不算算是「动态创建」的:

类名(Fake)不方便改变

要创建的类需要的属性和方法越多,就要对应的加码,不灵活。

我平时怎么做呢:

In : def method_a(self, n):
...:     return n
...: 
In : ins = type('Fake', (), {'a': 1, 'b': 2, 'method_a': method_a})()
In : ins.a, ins.b, ins.method_a(10)
Out: (1, 2, 10)

到了这里,引出了type函数。本来它用来能让你了解一个对象的类型:

In : type(1)
Out: int
In : type('1')
Out: str
In : type(ObjectCreator)
Out: type
In : type(ObjectCreator())
Out: __main__.ObjectCreator

另外,type如上所说还可以动态地创建类:type可以把对于类的描述作为参数,并返回一个类。

用来创建类的东东就是「元类」

MyClass = type('MyClass', (), {})

这种用法就是由于type实际上是一个元类,作为元类的type在Python中被用于在后台创建所有的类。在Python语言上有个说法「Everything is an object」。包整数、字符串、函数和类… 所有这些都是对象。所有这些都是由一个类创建的:

In : age = 35
In : age.__class__
Out: int
In : name = 'bob'
In : name.__class__
Out: str
...

现在,任何__class__中的特定__class__是什么?

In : age.__class__.__class__
Out: type
In : name.__class__.__class__
Out: type
...

如果你愿意,你可以把type称为「类工厂」。type是Python中内建元类,当然,你也可以创建你自己的元类。

创建自己的元类

Python2创建类的时候,可以添加一个__metaclass__属性:

class Foo(object):
    __metaclass__ = something...
    [...]

如果你这样做,Python会使用元类来创建Foo这个类。Python会在类定义中寻找__metaclass__。如果找到它,Python会用它来创建对象类Foo。如果没有找到它,Python将使用type来创建这个类。

在Python3中语法改变了一下:

class Simple1(object, metaclass=something...):
    [...]

本质上是一样的。拿一个4年前写分享的元类例子(就是为了推荐你来阅读