python中的元类
元类就是用来创建类的“东西”。你创建类就是为了创建类的实例对象,不是吗?但是我们已经学习到了Python中的类也是对象。
元类就是用来创建这些类(对象)的,元类就是类的类,你可以这样理解为:
MyClass = MetaClass() # 使用元类创建出一个对象,这个对象称为“类”
my_object = MyClass() # 使用“类”来创建出实例对象
你已经看到了type可以让你像这样做:
MyClass = type(‘MyClass’, (), {})
这是因为函数type实际上是一个元类。type就是Python在背后用来创建所有类的元类。现在你想知道那为什么type会全部采用小写形式而不是Type呢?好吧,我猜这是为了和str保持一致性,str是用来创建字符串对象的类,而int是用来创建整数对象的类。type就是创建类对象的类。你可以通过检查__class__属性来看到这一点。Python中所有的东西,注意,我是指所有的东西——都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象,而且它们都是从一个类创建而来,这个类就是type。
>>> age = 35
>>> age.__class__
<type 'int'>
>>>
>>> name = 'bob'
>>> name.__class__
<type 'str'>
>>>
>>> def foo(): pass
>>>foo.__class__
<type 'function'>
>>>
>>> class Bar(object): pass
>>> b = Bar()
>>> b.__class__
<class '__main__.Bar'>
>>>
现在,对于任何一个__class__的__class__属性又是什么呢?
>>> a.__class__.__class__
<type 'type'>
>>> age.__class__.__class__
<type 'type'>
>>> foo.__class__.__class__
<type 'type'>
>>> b.__class__.__class__
<type 'type'>
因此,元类就是创建类这种对象的东西。type就是Python的内建元类,当然了,你也可以创建自己的元类。
-
__metaclass__属性
你可以在定义一个类的时候为其添加__metaclass__属性。class Foo(object):
metaclass = something…
…省略…
如果你这么做了,Python就会用元类来创建类Foo。小心点,这里面有些技巧。你首先写下class Foo(object),但是类Foo还没有在内存中创建。Python会在类的定义中寻找__metaclass__属性,如果找到了,Python就会用它来创建类Foo,如果没有找到,就会用内建的type来创建这个类。把下面这段话反复读几次。当你写如下代码时 :
class Foo(Bar):
pass
Python做了如下的操作:
Foo中有__metaclass__这个属性吗?如果是,Python会通过__metaclass__创建一个名字为Foo的类(对象)
如果Python没有找到__metaclass__,它会继续在Bar(父类)中寻找__metaclass__属性,并尝试做和前面同样的操作。
如果Python在任何父类中都找不到__metaclass__,它就会在模块层次中去寻找__metaclass__,并尝试做同样的操作。
如果还是找不到__metaclass__,Python就会用内置的type来创建这个类对象。
现在的问题就是,你可以在__metaclass__中放置些什么代码呢?答案就是:可以创建一个类的东西。那么什么可以用来创建一个类呢?type,或者任何使用到type或者子类化type的东东都可以。
- 自定义元类
元类的主要目的就是为了当创建类时能够自动地改变类。
假想一个很傻的例子,你决定在你的模块里所有的类的属性都应该是大写形式。有好几种方法可以办到,但其中一种就是通过在模块级别设定__metaclass__。采用这种方法,这个模块中的所有类都会通过这个元类来创建,我们只需要告诉元类把所有的属性都改成大写形式就万事大吉了。
幸运的是,__metaclass__实际上可以被任意调用,它并不需要是一个正式的类。所以,我们这里就先以一个简单的函数作为例子开始。
python2中
#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
# class_name 会保存类的名字 Foo
# class_parents 会保存类的父类 object
# class_attr 会以字典的方式保存所有的类属性
# 遍历属性字典,把不是__开头的属性名字变为大写
new_attr = {}
for name, value in class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
new_attr[name.upper()] = value
# 调用type来创建一个类
return type(class_name, class_parents, new_attr)
class Foo(object):
__metaclass__ = upper_attr # 设置Foo类的元类为upper_attr
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
f = Foo()
print(f.BAR)
python3中
#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
#遍历属性字典,把不是__开头的属性名字变为大写
new_attr = {}
for name,value in class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
new_attr[name.upper()] = value
#调用type来创建一个类
return type(class_name, class_parents, new_attr)
class Foo(object, metaclass=upper_attr):
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
f = Foo()
print(f.BAR)
现在让我们再做一次,这一次用一个真正的class来当做元类。
#coding=utf-8
class UpperAttrMetaClass(type):
# __new__ 是在__init__之前被调用的特殊方法
# __new__是用来创建对象并返回之的方法
# 而__init__只是用来将传入的参数初始化给对象
# 你很少用到__new__,除非你希望能够控制对象的创建
# 这里,创建的对象是类,我们希望能够自定义它,所以我们这里改写__new__
# 如果你希望的话,你也可以在__init__中做些事情
# 还有一些高级的用法会涉及到改写__call__特殊方法,但是我们这里不用
def __new__(cls, class_name, class_parents, class_attr):
# 遍历属性字典,把不是__开头的属性名字变为大写
new_attr = {}
for name, value in class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
new_attr[name.upper()] = value
# 方法1:通过'type'来做类对象的创建
return type(class_name, class_parents, new_attr)
# 方法2:复用type.__new__方法
# 这就是基本的OOP编程,没什么魔法
# return type.__new__(cls, class_name, class_parents, new_attr)
python3的用法
class Foo(object, metaclass=UpperAttrMetaClass):
bar = 'bip'
python2的用法
class Foo(object):
__metaclass__ = UpperAttrMetaClass
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
#输出: False
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
#输出:True
f = Foo()
print(f.BAR)
#输出:'bip'
就是这样,除此之外,关于元类真的没有别的可说的了。但就元类本身而言,它们其实是很简单的:
拦截类的创建
修改类
返回修改之后的类
究竟为什么要使用元类?
现在回到我们的大主题上来,究竟是为什么你会去使用这样一种容易出错且晦涩的特性?好吧,一般来说,你根本就用不上它:
“元类就是深度的魔法,99%的用户应该根本不必为此操心。如果你想搞清楚究竟是否需要用到元类,那么你就不需要它。那些实际用到元类的人都非常清楚地知道他们需要做什么,而且根本不需要解释为什么要用元类。” —— Python界的领袖 Tim Peters
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