Python之元类详解
一、引子
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是自圆其说,点到为止,从队元类的控制上来看就破绽百出,逻辑混乱;
二、什么是元类
一切源自于一句话:Python中一切皆为对象。让我们先定义一个类,然后逐步分析
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class MyTeacher(object):
school='john'
def __init__(self,name,age):
self.name = name
self.age =age
def say(self):
print('%s says welcome to the john to learn Python' %self.name)
所有的对象都是实例化或者说调用类而得到的(调用类的过程称为类的实例化),比如对象t1是调用类MyTeacher得到的
t1 = MyTeacher('zhangsan',18)
print(type(t1)) # 查看对象t1的类是<class '__main__.MyTeacher'>
如果一切皆为对象,那么类MyTeacher本质是一个对象,既然所有的对象都是调用类得到的,那么MyTeacher必然也是调用类一个类得到的,这个类称为元类
;
于是我们可以推导出--->产生MyTeacher的过程一定发生了:MyTeacher=元类(...)
print(type(MyTeacher)) # 结果为<class 'type'>,证明是调用类type这个元类产生的MyTeacher,即默认的元类为type
三、class关键字创建类的流程分析
上文我们基于Python中一切皆为对象概念分析出: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(元类可以称为类的类),内置的元类为type
class
的关键字在帮我们创建类时,必然帮我们调用类元类MyTeacher=type(...)
,那调用type时传入的参数是什么呢?必然是类的关键组部分,一个类有三大组成部分,分别是:
- 类名class_name='MyTeacher'
- 基类们class_bases=(object,)
- 类的名称空间class_dic,类的名称空间是执行类体代码而得到的
调用type时会依次传入以上三个参数
综合,class关键字帮我们创建一个类应该细分为一下四个过程:
四、exec的用法
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
# exec:三个参数
# 参数一:包含一系列Python的字符串
# 参数二:全局作用域(字典形式),如果不指定,默认为globals()
# 参数三:局部作用域(字典形式),如果不指定,默认为locals()
# 可以把exec命令的执行当成一个函数的执行,会将执行期间产生的名字存放于局部名称空间中
g={
'x':1,
'y':2
}
l={}
exec(
'''
global x,z
x=100
z=200
m=300
''',g,l)
print(g) #{'x': 100, 'y': 2,'z':200,......}
print(l) #{'m': 300}
五、自定义元类控制类MyTeacher的创建
一个类没有声明自己的元类,默认他的元类时type,除了使用内置元类type,我们也可以通过继承type来自定义元类,然后使用mataclass
关键字参数为一个类指定元类
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Mymeta(type): # 只有继承类type类才能称之为一个元类,否则就是一个普通自定义类
pass
class MyTeacher(object,metaclass=Mymeta): # MyTeacher=Mymeta('MyTeacher',(object),{...})
school = 'john'
def __init__(self,name,age):
self.name = name
self.age = age
def say(self):
print('%s says welcome to the zhangsan to learn Python' %self.name)
自定义元类可以控制类的产生过程,类的产生过程其实就是元类的调用过程,即MyTeacher=Mymeta('MyTeacher',(object),{...}),调用Mymeta会先产生一个空对象MyTeacher,然后连同调用Mymeta括号内的参数一同传给Mymeta下的__init__方法,完成初始化,于是我们可以
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) #<class '__main__.MyTeacher'>
# print(class_bases) #(<class 'object'>,)
# print(class_dic) #{'__module__': '__main__', '__qualname__': 'MyTeacher', 'school': 'My', '__init__': <function MyTeacher.__init__ at 0x102b95ae8>, 'say': <function MyTeacher.say at 0x10621c6a8>}
super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic) # 重用父类的功能
if class_name.islower():
raise TypeError('类名%s请修改为驼峰体' %class_name)
if '__doc__' not in class_dic or len(class_dic['__doc__'].strip(' \n')) == 0:
raise TypeError('类中必须有文档注释,并且文档注释不能为空')
class MyTeacher(object,metaclass=Mymeta): # MyTeacher=Mymeta('MyTeacher',(object),{...})
"""
类MyTeacher的文档注释
"""
school='My'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the My to learn Python' %self.name)
六、自定义元类控制类MyTeacher的调用
储备知识:call
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
class Foo:
def __new__(self, *args, **kwargs):
print(self)
print(args)
print(kwargs)
obj = Foo()
# 1. 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,该方法会调用对象时自动触发
# 2. 调用obj的返回值就是__call__方法的返回值
res=obj(1,2,3,x=1,y=2)
由上例得知,调用一个对象,就是触发对象所在类中的__call__方法的执行,如果把MyTeacher也当作一个对象,那么在MyTeacher这个对象的类也必然存在一个__call__方法。
class Mymeta(type): # 只有继承类type类才能称为一个元类,否则就是一个普通的自定义类
def __call__(self, *args, **kwargs):
print(self) # <class '__main__.MyTeacher'>
print(args) # ('zhangsan', 18)
print(kwargs) # {}
return 123
class MyTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school = 'john'
def __init__(self,name,age):
self.name = name
self.age = age
def say(self):
print('%s says welcome to the john to learn Python' %self.name)
# 调用MyTeacher就是在调用Myteacher类中__call__方法
# 然后将MyTeacher传给self,益出的位置参数传给*,益出的关键字参数传给**
# 调用MyTeacher的返回值就是调用__call__的返回值
t1 = MyTeacher('zhangsan',18)
print(t1) # 123
默认地,调用t1=MyTeacher('zhangsan',18)会做三件事
- 产生一个空对象obj
- 调用__init__方法初始化对象obj
- 返回初始化好的obj
对应着,MyTeacher类中的__call__方法也应该做这三件事
class Mymeate(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 __call__(self, *args, **kwargs): # self=<class '__main__.MyTeacher'>
# 1. 调用__new__ 产生类一个空对象obj
obj = self.__new__(self) # 此处的self是类MyTeacher,必须传参,代表创建一个MyTeacher的对象obj
# 2. 调用__init__初始化空对象obj
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
# 3. 返回初始化好的对象obj
return obj
class MyTeacher(object,metaclass=Mymeate):
school = 'john'
def __init__(self,name,age):
self.name = name
self.age = age
def say(self):
print('%s says welcome to the john to learn Python' %self.name)
t1 = MyTeacher('zhangsan',18)
print(t1.__dict__) # {'name': 'zhangsan', 'age': 18}
上例的__call__相当于一个模版,我们可以在该基础上改写__call__的逻辑从而控制调用MyTeacher的过程。
比如将MyTeacher的对象的所有属性都变成私有的。
class Mymeta(type): # 只有继承类type类才能称之为一个元类,否则就是一个普通的自定义
def __call__(self, *args, **kwargs): # self=<class '__main__.MyTeacher'>
obj=self.__new__(self) # 此处的self是类MyTeacher,必须传参,代表创建一个MyTeacher的对象obj
# 2. 调用__init__初始化空对象obj
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
# 在初始化之后,obj.__dict__里就有值了
obj.__dict__ = {'_%s__%s' % (self.__name__, k): v for k, v in obj.__dict__.items()}
#3、返回初始化好的对象obj
return obj
class MyTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school = 'john'
def __init__(self,name,age):
self.name = name
self.age = age
def say(self):
print('%s says welcome to the john to learn Python' %self.name)
t1=MyTeacher('zhangsan',18)
print(t1.__dict__) # {'_MyTeacher__name': 'zhangsan', '_MyTeacher__age': 18}
六、再看属性查找
结合Python继承的实现原理+元类重新看属性的查找应该是什么样子呢???
其实我们用class自定义的类也全部都是对象(包括object类本身也是元类type的一个实例,可以用type(object)查看),如果把类当成对象来看,将下述继承应该说成是:对象用MyTeacher继承对象Foo,对象Foo继承对象Bar,对象Bar继承对象object
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
n = 444
def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.MyTeacher'>
obj=self.__new__(self)
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
return obj
class Bar(object):
n = 333
class Foo(Bar):
n = 222
class MyTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
n = 111
school = 'john'
def __init__(self,name,age):
self.name = name
self.age = age
def say(self):
print('%s says welcome to the john to learn Python' % self.name)
print(MyTeacher.n) #自下而上依次注释各个类中的n=xxx,然后重新运行程序,发现n的查找顺序为MyTeacher->Foo->Bar->object->Mymeta->type
总结:Mymeta下的__call__里的self.new__在MyTeacher,Foo,Bar里都没有找到__new__的情况下,会去找object里的__new,而object下默认就有一个__new__,所以即便是之前的类均未实现__new__,也一定会在object中找到一个,根本不会,也根本没必要再去找元类Mymeta-->type中查找__new__
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