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?qū)ο笕QObjectOrientedProgramming簡(jiǎn)稱OOP，這種編程思想被大家所熟知。它是把對(duì)象作為一個(gè)程序的基本單元，把數(shù)據(jù)和功能封裝在里面，能夠?qū)崿F(xiàn)很好的復(fù)用性，靈活性和擴(kuò)展性。OOP中有2個(gè)基本概念：類和對(duì)象：

類是描述如何創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的代碼段，用來(lái)描述具有相同的屬性和方法的對(duì)象的集合，它定義了該集合中每個(gè)對(duì)象所共有的屬性和方法

對(duì)象是類的實(shí)例(Instance)。

我們舉個(gè)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(duì)象!既然類是對(duì)象，你就能動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建它們，就像創(chuàng)建任何對(duì)象那樣。我在日常工作里面就會(huì)有這種動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類的需求，比如在mock數(shù)據(jù)的時(shí)候，現(xiàn)在有個(gè)函數(shù)func接收一個(gè)參數(shù)：

In:deffunc(instance):

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

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

...:

正常使用起來(lái)傳入的instance是符合需求的(有a、b屬性和method_a方法)，但是當(dāng)我想單獨(dú)調(diào)試func的時(shí)候，需要「造」一個(gè)，假如不用元類，應(yīng)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(huì)發(fā)現(xiàn)這不算是「動(dòng)態(tài)創(chuàng)建」的：

類名(Fake)不方便改變

要?jiǎng)?chuàng)建的類需要的屬性和方法越多，就要對(duì)應(yīng)的加碼，不靈活。

我平時(shí)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(shù)。本來(lái)它用來(lái)能讓你了解一個(gè)對(duì)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(shuō)還可以動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建類：type可以把對(duì)于類的描述作為參數(shù)，并返回一個(gè)類。

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

這種用法就是由于type實(shí)際上是一個(gè)元類，作為元類的type在Python中被用于在后臺(tái)創(chuàng)建所有的類。在Python語(yǔ)言上有個(gè)說(shuō)法「Everythingisanobject」。包括整數(shù)、字符串、函數(shù)和類...所有這些都是對(duì)象。所有這些都是由一個(gè)類創(chuàng)建的：

In:age=35

In:age.__class__

Out:int

In:name='bob'

In:name.__class__

Out:str

...

現(xiàn)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(nèi)建元類，當(dāng)然，你也可以創(chuàng)建你自己的元類。

創(chuàng)建自己的元類

Python2創(chuàng)建類的時(shí)候，可以添加一個(gè)__metaclass__屬性：

classFoo(object):

__metaclass__=something...

[...]

如果你這樣做，Python會(huì)使用元類來(lái)創(chuàng)建Foo這個(gè)類。Python會(huì)在類定義中尋找__metaclass__。如果找到它，Python會(huì)用它來(lái)創(chuàng)建對(duì)象類Foo。如果沒(méi)有找到它，Python將使用type來(lái)創(chuàng)建這個(gè)類。

在Python3中語(yǔ)法改變了一下：

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

[...]

本質(zhì)上是一樣的。拿一個(gè)4年前寫分享的元類例子(就是為了推薦你來(lái)閱讀??我的PPT：《Python高級(jí)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(gè)參數(shù)，并包含一個(gè)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(gè)例子只能運(yùn)行于Python2。

在Python里__new__方法創(chuàng)建實(shí)例，__init__負(fù)責(zé)初始化一個(gè)實(shí)例。對(duì)于type也是一樣的效果，只不過(guò)針對(duì)的是「類」，在上面的HelloMeta中只使用了__new__創(chuàng)建類，我們?cè)俑惺芤粋€(gè)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(chuàng)建出來(lái)的類有什么特殊的地方?

我揭曉一下(這次使用Python3語(yǔ)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(diǎn)明白么?其實(shí)就是在創(chuàng)建類的時(shí)候把類的屬性循環(huán)了一遍把不是__開(kāi)頭的屬性最后存在了_new_dict上。

什么時(shí)候需要用元類?

日常的業(yè)務(wù)邏輯開(kāi)發(fā)是不太需要使用到元類的，因?yàn)樵愂怯脕?lái)攔截和修改類的創(chuàng)建的，用到的場(chǎng)景很少。我能想到最典型的場(chǎng)景就是ORM。ORM就是「對(duì)象關(guān)系映射」的意思，簡(jiǎn)單的理解就是把關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的一張表映射成一個(gè)類，一行記錄映射為一個(gè)對(duì)象。ORM框架中的Model只能動(dòng)態(tài)定義，因?yàn)檫@個(gè)模式下這些關(guān)系只能是由使用者來(lái)定義，元類再配合描述符就可以實(shí)現(xiàn)ORM了。

以上內(nèi)容為大家介紹了詳解Python元類，希望對(duì)大家有所幫助，如果想要了解更多Python相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)關(guān)注IT培訓(xùn)機(jī)構(gòu):千鋒教育。