什么是元類?

理解元類(metaclass)之前，我們先了解下Python中的OOP和類(Class)。

面向對象全稱ObjectOrientedProgramming簡稱OOP，這種編程思想被大家所熟知。它是把對象作為一個程序的基本單元，把數據和功能封裝在里面，能夠實現很好的復用性，靈活性和擴展性。OOP中有2個基本概念：類和對象：

類是描述如何創建一個對象的代碼段，用來描述具有相同的屬性和方法的對象的集合，它定義了該集合中每個對象所共有的屬性和方法

對象是類的實例(Instance)。

我們舉個例子：

In:classObjectCreator(object):

...:pass

...:

In:my_object=ObjectCreator()

In:my_object

Out:<__main__.ObjectCreatorat0x1082bbef0>

而Python中的類并不是僅限于此：

In:print(ObjectCreator)

ObjectCreator竟然可以被print，所以它的類也是對象!既然類是對象，你就能動態地創建它們，就像創建任何對象那樣。我在日常工作里面就會有這種動態創建類的需求，比如在mock數據的時候，現在有個函數func接收一個參數：

In:deffunc(instance):

...:print(instance.a,instance.b)

...:print(instance.method_a(10))

...:

正常使用起來傳入的instance是符合需求的(有a、b屬性和method_a方法)，但是當我想單獨調試func的時候，需要「造」一個，假如不用元類，應該是這樣寫:

In:defgenerate_cls(a,b):

...:classFake(object):

...:defmethod_a(self,n):

...:returnn

...:Fake.a=a

...:Fake.b=b

...:returnFake

...:

In:ins=generate_cls(1,2)()

In:ins.a,ins.b,ins.method_a(10)

Out:(1,2,10)

你會發現這不算是「動態創建」的：

類名(Fake)不方便改變

要創建的類需要的屬性和方法越多，就要對應的加碼，不靈活。

我平時怎么做呢：

In:defmethod_a(self,n):

...:returnn

...:

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)

到了這里，引出了type函數。本來它用來能讓你了解一個對象的類型：

In:type(1)

Out:int

In:type('1')

Out:str

In:type(ObjectCreator)

Out:type

In:type(ObjectCreator())

Out:__main__.ObjectCreator

另外，type如上所說還可以動態地創建類：type可以把對于類的描述作為參數，并返回一個類。

MyClass=type('MyClass',(),{})

這種用法就是由于type實際上是一個元類，作為元類的type在Python中被用于在后臺創建所有的類。在Python語言上有個說法「Everythingisanobject」。包括整數、字符串、函數和類...所有這些都是對象。所有這些都是由一個類創建的：

In:age=35

In:age.__class__

Out:int

In:name='bob'

In:name.__class__

Out:str

...

現在，任何__class__中的__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稱為「類工廠」。type是Python中內建元類，當然，你也可以創建你自己的元類。

創建自己的元類

Python2創建類的時候，可以添加一個__metaclass__屬性：

classFoo(object):

__metaclass__=something...

[...]

如果你這樣做，Python會使用元類來創建Foo這個類。Python會在類定義中尋找__metaclass__。如果找到它，Python會用它來創建對象類Foo。如果沒有找到它，Python將使用type來創建這個類。

在Python3中語法改變了一下：

classSimple1(object,metaclass=something...):

[...]

本質上是一樣的。拿一個4年前寫分享的元類例子(就是為了推薦你來閱讀??我的PPT：《Python高級編程》(https://github.com/dongweiming/Expert-Python))吧：

classHelloMeta(type):

def__new__(cls,name,bases,attrs):

def__init__(cls,func):

cls.func=func

defhello(cls):

print'helloworld'

t=type.__new__(cls,name,bases,attrs)

t.__init__=__init__

t.hello=hello

returnt

classNew_Hello(object):

__metaclass__=HelloMeta

New_Hello初始化需要添加一個參數，并包含一個叫做hello的方法：

In:h=New_Hello(lambdax:x)

In:h.func(10),h.hello()

helloworld

Out:(10,None)

PS:這個例子只能運行于Python2。

在Python里__new__方法創建實例，__init__負責初始化一個實例。對于type也是一樣的效果，只不過針對的是「類」，在上面的HelloMeta中只使用了__new__創建類，我們再感受一個使用__init__的元類：

In:classHelloMeta2(type):

...:def__init__(cls,name,bases,attrs):

...:super(HelloMeta2,cls).__init__(name,bases,attrs)

...:attrs_={}

...:fork,vinattrs.items():

...:ifnotk.startswith('__'):

...:attrs_[k]=v

...:setattr(cls,'_new_dict',attrs_)

...:

...:

別往下看。思考下這樣創建出來的類有什么特殊的地方?

我揭曉一下(這次使用Python3語法)：

In:classNew_Hello2(metaclass=HelloMeta2):

...:a=1

...:b=True

In:New_Hello2._new_dict

Out:{'a':1,'b':True}

In:h2=New_Hello2()

In:h2._new_dict

Out:{'a':1,'b':True}

有點明白么?其實就是在創建類的時候把類的屬性循環了一遍把不是__開頭的屬性最后存在了_new_dict上。

什么時候需要用元類?

日常的業務邏輯開發是不太需要使用到元類的，因為元類是用來攔截和修改類的創建的，用到的場景很少。我能想到最典型的場景就是ORM。ORM就是「對象關系映射」的意思，簡單的理解就是把關系數據庫的一張表映射成一個類，一行記錄映射為一個對象。ORM框架中的Model只能動態定義，因為這個模式下這些關系只能是由使用者來定義，元類再配合描述符就可以實現ORM了。

以上內容為大家介紹了詳解Python元類，希望對大家有所幫助，如果想要了解更多Python相關知識，請關注IT培訓機構:千鋒教育。