metaclass

metaclass的英文直譯過來就是元類，這既是一個概念也可以認為是Python當中的一個關(guān)鍵字，不管怎么理解，對它的內(nèi)核含義并沒有什么影響。我們可以不必糾結(jié)，就認為它是類的類的意思即可。在這個用法當中，支持我們自己定義一個類，使得它是后面某一個類的元類。

之前使用type動態(tài)創(chuàng)建類的時候，我們傳入了類名，和父類的tuple以及屬性的dict。在metaclass用法當中，其實核心相差不大，只是表現(xiàn)形式有所區(qū)別。我們來看一個例子即可：

classAddInfo(type):

def__new__(cls,name,bases,attr):

attr['info']='addbymetaclass'

returnsuper().__new__(cls,name,bases,attr)

classTest(metaclass=AddInfo):

pass

在這個例子當中，我們首先創(chuàng)建了一個類叫做AddInfo，這是我們定義的一個元類。由于我們希望通過它來實現(xiàn)元類的功能，所以我們需要它繼承type類。我們在之前的文章當中說過，在Python面向?qū)ο螽斨?，所有的類的根本來源就是type。也就是說Python當中的每一個類都是type的實例。

我們在這個類當中重載了__new__方法，我們在__new__方法當中傳入了四個參數(shù)。眼尖一點的小伙伴一定已經(jīng)看出來了，這個函數(shù)的四個參數(shù)，正是我們調(diào)用type創(chuàng)建類的時候傳入的參數(shù)。其實我們調(diào)用type的方法來創(chuàng)建類的時候，就是調(diào)用的__new__這個函數(shù)完成的，這兩種寫法對應的邏輯是完全一樣的。

我們之后又創(chuàng)建了一個新的類叫做Test，這個當中沒有任何邏輯，直接pass。但是我們在創(chuàng)建類的時候指定了一個參數(shù)metaclass=AddInfo，這里這個參數(shù)其實就是指定的這個類的元類，也就是指定這個類的創(chuàng)建邏輯。雖然我們用代碼寫了類的定義，但是在實際執(zhí)行的時候，這個類是以metaclass為元類創(chuàng)建的。

根據(jù)上面的邏輯，我們可以知道，Test類在創(chuàng)建的時候就被賦予了類屬性info。我們可以驗證一下：

拓展類功能

上面這段就是元類的基本用法了，其實本質(zhì)上和我們之前介紹的type的動態(tài)類創(chuàng)建是一樣的，只不過展現(xiàn)的形式不同。那么我們就有一個問題要問了，我們使用元類究竟能夠做什么呢?

這里有一個經(jīng)典的例子，我們都知道Python原生的list是沒有'add'這個方法的。假設(shè)我們習慣了Java當中l(wèi)ist的使用，習慣用add來為它添加元素。我們希望創(chuàng)建一個新的類，在這個新的類當中，我們可以通過add來添加函數(shù)。通過元類可以很方便地使用這一點。

classListMeta(type):

def__new__(cls,name,bases,attrs):

#在類屬性當中添加了add函數(shù)

#通過匿名函數(shù)映射到append函數(shù)上

attrs['add']=lambdaself,value:self.append(value)

returnsuper().__new__(cls,name,bases,attrs)

classMyList(list,metaclass=ListMeta):

pass

我們首先是定義了一個叫做ListMeta的元類，在這個元類當中我們給類添加了一個屬性叫做add。它只是包裝了一下而已，底層是通過append方法實現(xiàn)的。我們來實驗一下：

從結(jié)果來看也沒什么問題，我們成功通過調(diào)用add方法往list當中插入了元素。這里藏著一個小細節(jié)，我們在ListMeta當中為attrs添加了一個名叫'add'的屬性。這個屬性是添加給類的，而不是類初始化出來的實例的。所以如果我們print出MyList這個類當中的所有屬性，也能看到add的存在。

如果我們直接去通過MyList去訪問add方法的話會引起報錯，因為我們實現(xiàn)add這個方法邏輯的匿名函數(shù)限制了需要傳入兩個參數(shù)。第一個參數(shù)是實例的對象self，第二個參數(shù)才是添加的元素value。如果我們通過MyList的類屬性去訪問它的話會觸發(fā)一個錯誤，因為缺少了一個參數(shù)。因為類當中的屬性實例也是可以調(diào)用的，并且Python會在參數(shù)前面自動添加self這個參數(shù)，就剛好滿足了要求。

搞明白了這些我們只是解決了可能性問題，我們明白了元類可以實現(xiàn)這樣的操作，但沒有解決我們?yōu)槭裁幢仨氁褂迷惸?就拿剛才的例子來說，我們完全可以繼承l(wèi)ist這個類，然后在其中再開發(fā)我們想要的方法，為什么一定要使用元類呢?

就剛才這個場景來說，的確，我們是找不出任何理由的。完全沒有理由不使用繼承，而非要用元類。但是在有些場景和有些問題當中，我們必須要使用元類不可。就是涉及類屬性變更和類創(chuàng)建的時候，我們來看下面這個例子。

控制實例的創(chuàng)建

還記得我們上篇文章介紹的工廠設(shè)計模式的例子嗎?就是我們可以通過參數(shù)來得到不同類的實例。

我們創(chuàng)建了三種游戲的類和一個工廠類，我們重載了工廠類的__new__函數(shù)。使得我們可以根據(jù)實例化時傳入的參數(shù)返回不同類型的實例。

classLast_of_us:

defplay(self):

print('theLastOfUsisreallyfunny')

classUncharted:

defplay(self):

print('theUnchartedisreallyfunny')

classPSGame:

defplay(self):

print('PShasmanygames')

classGameFactory:

games={'last_of_us':Last_of_us,'uncharted':Uncharted}

def__new__(cls,name):

ifnameincls.games:

returncls.games[name]()

else:

returnPSGame()

uncharted=GameFactory('uncharted')

last_of_us=GameFactory('last_of_us')

假設(shè)這個需求完成得很好順利上線了，但是運行了一段時間之后我們發(fā)現(xiàn)下游有的時候為了偷懶會不通過工廠類來創(chuàng)建實例，而是直接對需要的類做實例化。原本這沒有問題，但是現(xiàn)在產(chǎn)品想要在工廠類當中加上一些埋點，統(tǒng)計出訪問我們工廠的訪問量。所以我們需要限制這些游戲類不能直接實例化，必須要通過工廠返回實例。

那么這個功能我們怎么實現(xiàn)呢?

我們分析一下問題就會發(fā)現(xiàn)，這一次不是需要我們在創(chuàng)建實例的時候做動態(tài)的添加，而是直接限制一些類不允許直接調(diào)用進行創(chuàng)建。限制的方法比較常用的一種就是拋出異常，所以我們希望可以給這些類加上一個邏輯，實例化類的時候傳入一個參數(shù)，表明是否是通過工廠類進行的，如果不是，則拋出異常。

這里，我們需要用到另外一個默認函數(shù)，叫做__call__，它是允許將類實例當做函數(shù)調(diào)用。我們通過類名來實例化，其實也是一個調(diào)用邏輯。這個__call__的邏輯并不難寫，我們隨手就來：

def__call__(self,*args,**kwargs):

iflen(args)==0orargs[0]!='factory':

raiseTypeError("Can'tinstantiatedirectly")

但問題是這個__call__函數(shù)并不能直接加在類當中，因為它的應用范圍是實例，而不是類。而我們希望的是在創(chuàng)建實例的時候進行限制，而不是對調(diào)用實例的時候進行限制，所以這段邏輯只能通過元類實現(xiàn)。

我們直接創(chuàng)建類的時候就會觸發(fā)異常，因為不是通過工廠創(chuàng)建的。我們這里判斷是否是工廠創(chuàng)建的邏輯簡化掉了，只是通過一個簡單的字符串來進行的判斷，實際上會用一些更加復雜的邏輯，這不是本文的重點，我們了解即可。

整體運行的邏輯和我們設(shè)想的一樣，說明這樣實現(xiàn)是正確的。

總結(jié)

我們?nèi)粘ｉ_發(fā)當中用到元類的情況非常罕見，一般都是在一些高端開發(fā)的場景當中。比如說開發(fā)一些框架或者是中間件，為了方便下游的使用，需要創(chuàng)建一些關(guān)于類屬性的動態(tài)邏輯，才會用到元類。對于普通開發(fā)者而言，如果你無法理解元類的含義以及應用，也沒有關(guān)系，使用頻率非常低。

另外，元類的概念和動態(tài)類、動態(tài)語言的概念有關(guān)，Python語言的動態(tài)特性很多正是通過這一點體現(xiàn)的。所以隨著我們對于Python動態(tài)特性理解的加深，理解元類也會變得越來越容易，同樣也會理解越來越深刻。如果我們把Python的元類和裝飾器做一個類比的話，會發(fā)現(xiàn)兩者的核心邏輯是很類似的。本質(zhì)上都是在原有的邏輯之外封裝新的邏輯，只不過裝飾器針對的是一段邏輯，而元類針對的是類的屬性和創(chuàng)建過程。

以上內(nèi)容為大家介紹了Python之metaclass的原理和用法，希望對大家有所幫助，如果想要了解更多Python相關(guān)知識，請關(guān)注IT培訓機構(gòu):千鋒教育。