Python中的元类和__metaclass__

1.什么是元类

元类让你来定义某些类是如何被创建的，从根本上说，赋予你如何创建类的控制权。可以把元类想成是一个类中类，或是一个类，它的实例是其它的类。当某个类调用type()函数时，你就会看到它到底是谁的实例。

>>> class C(object):

pass

 

>>> class CC:

pass

 

>>> type(C)

<type 'type'>

>>> type(CC)

<type 'classobj'>

>>> import types

>>> type(CC) is types.ClassType

True

2.什么时候使用元类

元类一般用于创建类。在执行类定义时，将检查此类正确的元类，元类通常传递三个参数：类名、从基类继承数据的元组和类的属性字典。

使用class语句定义新类时，解释器执行类的整个主体并填充字典。一旦字典填充完毕，就会被传递给元类构造函数，以创建相应的类对象。

在执行类定义时，解释器必须要知道这个类的正确的元类。

首先，类可以显式地指定其元类，这通过设置__metaclass__类变量来实现：

class Foo:

      __metaclass__ = type

在Python3中，使用下面的语法(在基类元组中提供metaclass关键字参数)：

class Foo(metaclass=type)

如果没有显式指定元类，class语句将检查基类元组(如果存在)中的第一个条目。在这种情况下，元类与第一个基类的类型相同。所以，在编写以下内容时，Foo的类类型将与object相同。

class Foo(object):pass

如果没有指定基类，class语句将检查全局变量__metaclass__是否存在。如果找到了该变量，将使用它来创建类。

__metaclass__ = type

class Foo:

      pass

最后，如果没有找到任何__metaclass__值，Python将使用默认的元类。在Python2中，默认的元类是types.ClassType(旧样式类)，在Python3中，默认的元类就是type()。

3.谁在使用元类

元类的最终使用者不是用户，正是程序员自己。你可以通过定义一个元类来“迫使”程序员按照某种方式实现目标类，这既可以简化他们的工作，也可以使所编写的程序更符合特定标准。

4.元类何时被创建

创建的元类用于改变类的默认行为和创建方式。创建一个新风格的类或传统类的做法是使用系统自己所提供的元类的默认方式。

自定义元类时，它通常会继承自type(),并重新实现__init__()或__new__()方法。

5.技巧

显式选择元类的最常用技巧是首先定义一个基类，该基类然后用作要被归档的所有对象的父类。例如：

class Documented:

      __metaclass__ = DocMeta#Docmeta是已定义的基类

在Python3中，使用下面的语法(在基类元组中提供metaclass关键字参数)：

class Documented(metaclass=DocMeta)

 

class Foo(Documented):

      spam(self,a,b):

          'spam does something'

          pass

元类示例1：用元类创建类时，显示时间标签：

from time import ctime

 

print '***Welcome to Metaclasses!'

print '\tMetaclasses declaration first.'

 

class MetaC(type):

def __init__(cls,name,bases,attrd):

super(MetaC,cls).__init__(name,bases,attrd)

print '***Created class %r at: %s' % (name,ctime())

 

print '\tClass "Foo" declaration next.'

 

class Foo(object):

__metaclass__ = MetaC

def __init__(self):

print '***Instantiated class %r at: %s' %(self.__class__.__name__,ctime())

 

print '\tClass "Foo" instantiation next.'

f = Foo()

print '\tDONE'

执行后输出：

***Welcome to Metaclasses!

Metaclasses declaration first.

Class "Foo" declaration next.

***Created class 'Foo' at: Thu May 30 11:22:35 2013

Class "Foo" instantiation next.

***Instantiated class 'Foo' at: Thu May 30 11:22:35 2013

DONE

元类示例2：创建一个元类，要求程序员在他们写的类中提供一个__str__()方法的实现。如果你还没有在类中覆盖__repr__()方法，元类会给出警告，提示你这么做。如果未实现__str__()方法，将引发一个TypeError的异常。

from  warnings import warn

 

class ReqStrSugRepr(type):

def __init__(cls,name,bases,attrd):

super(ReqStrSugRepr,cls).__init__(name,bases,attrd)

if '__str__' not in attrd:

raise TypeError('Class requires overriding of __str__()')

if '__repr__' not in attrd:

warn('Class suggests overriding of __repr__()\n',stacklevel = 3)

 

print '***Defined ReqStrSugRepr (meta)class\n'

 

class Foo(object):

__metaclass__ = ReqStrSugRepr

def __str__(self):

return 'Instance of class:',self.__class__.__name__

def __repr__(self):

return self.__class__.__name__

 

print '***Defined Foo class\n'

 

class Bar(object):

__metaclass__ = ReqStrSugRepr

def __str__(self):

return 'Instance of class:',self.__class__.__name__

 

print '***Defined Bar class\n'

 

class FooBar(object):

__metaclass__ = ReqStrSugRepr

 

print '***Defined FooBar class\n'

我们编写了三个关于元类的示例，其中一个(Foo)重载了特殊方法__str__()和__repr__(),另一个(Bar)只实现了特殊方法__str__(),还有一个都没有实现，这种情况是错误的。执行此脚本后，我们得到如下输出：

***Defined ReqStrSugRepr (meta)class

 

***Defined Foo class

 

 

Warning (from warnings module):

  File "C:\Python27\lib\idlelib\run.py", line 298

    exec code in self.locals

UserWarning: Class suggests overriding of __repr__()

 

***Defined Bar class

 

 

Traceback (most recent call last):

  File "C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\meta.py", line 29, in <module>

    class FooBar(object):

  File "C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\meta.py", line 7, in __init__

    raise TypeError('Class requires overriding of __str__()')

TypeError: Class requires overriding of __str__()

需要注意的是我们并没有创建任何测试类的实例，这些类本身就是元类的实例。