元类(metaclass)
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2022-03-22 12:05:29
[TOC] 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 ......
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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）：
拿到一个字符串格式的类名class_name='people'
拿到一个类的基类们class_bases=(obejct,)
执行类体代码，拿到一个类的名称空间class_dic={...}
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
先造出一个people的空对象
为该对空对象初始化独有的属性
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：
先对象层：foo->b->a->object
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'}