元类(metaclass)

目录

引言

• 元类属于python面向对象编程的深层魔法，99%的人都不得要领，一些自以为搞明白元类的人其实也只是自圆其说、点到为止，从对元类的控制上来看就破绽百出、逻辑混乱，今天我就来带大家来深度了解python元类的来龙去脉。

• 笔者深入浅出的背后是对技术一日复一日的执念，希望可以大家可以尊重原创，为大家能因此文而解开对元类所有的疑惑而感到开心！！！

什么是元类

• 在python中一切皆对象，那么我们用class关键字定义的类本身也是一个对象，负责产生该对象的类称之为元类，即元类可以简称为类的类

class foo:  # foo=元类()
    pass

为什么用元类

• 元类是负责产生类的，所以我们学习元类或者自定义元类的目的：是为了控制类的产生过程，还可以控制对象的产生过程

内置函数exec(储备)

cmd = """
x=1
print('exec函数运行了')
def func(self):
    pass
"""
class_dic = {}
# 执行cmd中的代码，然后把产生的名字丢入class_dic字典中
exec(cmd, {}, class_dic)

exec函数运行了

print(class_dic)

{'x': 1, 'func': <function func at 0x10a0bc048>}

class创建类

• 如果说类也是对象，那么用class关键字的去创建类的过程也是一个实例化的过程，该实例化的目的是为了得到一个类，调用的是元类

• 用class关键字创建一个类，用的默认的元类type，因此以前说不要用type作为类别判断

class people:  # people=type(...)
    country = 'china'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)

print(type(people))

<class 'type'>

type实现

• 创建类的3个要素：类名，基类，类的名称空间

• people = type(类名，基类，类的名称空间)

class_name = 'people'  # 类名

class_bases = (object, )  # 基类

# 类的名称空间
class_dic = {}
class_body = """
country='china'
def __init__(self,name,age):
    self.name=name
    self.age=age
def eat(self):
    print('%s is eating' %self.name)
"""

exec(
    class_body,
    {},
    class_dic,
)

print(class_name)

people

print(class_bases)

(<class 'object'>,)

print(class_dic)  # 类的名称空间

{'country': 'china', '__init__': <function __init__ at 0x10a0bc048>, 'eat': <function eat at 0x10a0bcd08>}

• people = type(类名，基类，类的名称空间)

people1 = type(class_name, class_bases, class_dic)
print(people1)

<class '__main__.people'>

obj1 = people1(1, 2)
obj1.eat()

1 is eating

• class创建的类的调用

print(people)

<class '__main__.people'>

obj = people1(1, 2)
obj.eat()

1 is eating

自定义元类控制类的创建

• 使用自定义的元类

class mymeta(type):  # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        print('self:', self)  # 现在是people
        print('class_name:', class_name)
        print('class_bases:', class_bases)
        print('class_dic:', class_dic)
        super(mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,
                                     class_dic)  # 重用父类type的功能

• 分析用class自定义类的运行原理（而非元类的的运行原理）：

  1. 拿到一个字符串格式的类名class_name='people'

  2. 拿到一个类的基类们class_bases=(obejct,)

  3. 执行类体代码，拿到一个类的名称空间class_dic={...}

  4. 调用people=type(class_name,class_bases,class_dic)

class people(object, metaclass=mymeta):  # people=mymeta(类名,基类们,类的名称空间)
    country = 'china'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)

self: <class '__main__.people'>
class_name: people
class_bases: (<class 'object'>,)
class_dic: {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'people', 'country': 'china', '__init__': <function people.__init__ at 0x10a0bcbf8>, 'eat': <function people.eat at 0x10a0bc2f0>}

应用

• 自定义元类控制类的产生过程，类的产生过程其实就是元类的调用过程

• 我们可以控制类必须有文档，可以使用如下的方式实现

class mymeta(type):  # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        if class_dic.get('__doc__') is none or len(
                class_dic.get('__doc__').strip()) == 0:
            raise typeerror('类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空')
        if not class_name.istitle():
            raise typeerror('类名首字母必须大写')
        super(mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,
                                     class_dic)  # 重用父类的功能

try:

    class people(object, metaclass=mymeta
                 ):  #people  = mymeta('people',(object,),{....})
        #     """这是people类"""
        country = 'china'

        def __init__(self, name, age):
            self.name = name
            self.age = age

        def eat(self):
            print('%s is eating' % self.name)
except exception as e:
    print(e)

类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空

__call__(储备)

• 要想让obj这个对象变成一个可调用的对象，需要在该对象的类中定义一个方法、、__call__方法，该方法会在调用对象时自动触发

class foo:
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(args)
        print(kwargs)
        print('__call__实现了，实例化对象可以加括号调用了')


obj = foo()
obj('nick', age=18)

('nick',)
{'age': 18}
__call__实现了，实例化对象可以加括号调用了

自定义元类控制类的实例化

class mymeta(type):
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(self)  # self是people
        print(args)  # args = ('nick',)
        print(kwargs)  # kwargs = {'age':18}
        # return 123
        # 1. 先造出一个people的空对象，申请内存空间
        obj = self.__new__(self)
        # 2. 为该对空对象初始化独有的属性
        self.__init__(obj, *args, **kwargs)
        # 3. 返回一个初始化好的对象
        return obj

• people = mymeta()，people()则会触发__call__

class people(object, metaclass=mymeta):
    country = 'china'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)


#     在调用mymeta的__call__的时候，首先会找自己（如下函数）的，自己的没有才会找父类的
#     def __new__(cls, *args, **kwargs):
#         # print(cls)  # cls是people
#         # cls.__new__(cls) # 错误，无限死循环
#         obj = super(people, cls).__new__(cls)
#         return obj

• 类的调用，即类实例化就是元类的调用过程，可以通过元类mymeta的__call__方法控制

• 分析：调用pepole的目的

  1. 先造出一个people的空对象

  2. 为该对空对象初始化独有的属性

  3. 返回一个初始化好的对象

obj = people('nick', age=18)

<class '__main__.people'>
('nick',)
{'age': 18}

print(obj.__dict__)

{'name': 'nick', 'age': 18}

自定制元类后类的继承顺序

class mymeta(type):
    n = 444


#     def __call__(self, *args, **kwargs):
#         obj = self.__new__(self)  # self = foo
#         # obj = object.__new__(self)  # self = foo
#         self.__init__(obj, *args, **kwargs)
#         return obj


class a(object):
    #     n = 333
    pass


class b(a):
    #     n = 222
    pass


class foo(b, metaclass=mymeta):  # foo = mymeta(...)
    #     n = 111

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


for i in foo.mro():
    print(i)

<class '__main__.foo'>
<class '__main__.b'>
<class '__main__.a'>
<class 'object'>

print(foo.n)

444

• 查找顺序：

  1. 先对象层：foo->b->a->object

  2. 然后元类层：mymeta->type

print(type(object))

<class 'type'>

obj = foo(1, 2)
print(obj.__dict__)

{'x': 1, 'y': 2}

使用元类修改属性为隐藏属性

class mymeta(type):
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        # 加上逻辑，控制类foo的创建
        super(mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        # 加上逻辑，控制foo的调用过程，即foo对象的产生过程
        obj = self.__new__(self)
        self.__init__(obj, *args, **kwargs)
        # 修改属性为隐藏属性
        obj.__dict__ = {
            '_%s__%s' % (self.__name__, k): v
            for k, v in obj.__dict__.items()
        }

        return obj

class foo(object, metaclass=mymeta):  # foo = mymeta(...)
    def __init__(self, name, age, sex):
        self.name = name
        self.age = age
        self.sex = sex


obj = foo('egon', 18, 'male')

print(obj.__dict__)

{'_foo__name': 'egon', '_foo__age': 18, '_foo__sex': 'male'}