python类和元类

python 类和元类详解

 小麦麦子 2016-09-06 11:11:00

       今天在网上看到一篇关于python语言中类和元类(metaclass)的一些讲解和简单运用，感觉对python入门的童鞋非常有帮助，分享出来，希望大家喜欢。

(一) python中的类
今天看到一篇好文，然后结合自己的情况总结一波。

这里讨论的python类，都基于python2.7x以及继承于object的新式类进行讨论。

首先在python中，所有东西都是对象。这句话非常重要要理解元类我要重新来理解一下python中的类。

class Trick(object):
    pass
当python在执行带class语句的时候，会初始化一个类对象放在内存里面。例如这里会初始化一个Trick对象。

这个对象(类)自身拥有创建对象(通常我们说的实例，但是在python中还是对象)的能力。

为了方便后续理解，我们可以先尝试一下在新式类中最古老厉害的关键字type。

input:
class Trick(object):
pass

print type('123')
print type(123)
print type(Trick())

output:
<type 'str'>
<type 'int'>
<class '__main__.Trick'>
可以看到能得到我们平时使用的 str, int, 以及我们初始化的一个实例对象Trick()

但是下面的方法你可能没有见过，type同样可以用来动态创建一个类

type(类名, 父类的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性的字典（名称和值）)

这个怎么用呢，我要用这个方法创建一个类 让我们看下下面的代码

input:
print type('trick', (), {})

output:
<class '__main__.trick'>
同样我们可以实例化这个类对象

input:
print type('trick', (), {})()

output:
<__main__.trick object at 0x109283450>
可以看到，这里就是一个trick的实例对象了。

同样的这个方法还可以初始化创建类的父类，同时也可以初始化类属性:

input:
class FlyToSky(object):
    pass

pw = type('Trick', (FlyToSky, ), {'laugh_at': 'hahahaha'})
print pw().laugh_at
print pw.__dict__
print pw.__bases__
print pw().__class__
print pw().__class__.__class__

output:
hahahaha
{'__module__': '__main__', 'laugh_at': 'hahahaha', '__doc__': None}
(<class '__main__.FlyToSky'>,)
<class '__main__.Trick'>
<type 'type'>
下面我将依次理一下上面的内容，在此之前我必须先介绍两个魔法方法：

__class__这个方法用于查看对象属于是哪个生成的，这样理解在python中的所有东西都是对象，类对象也是对象。如果按照以前的思维来想的话就是类是元类的实例，而实例对象是类的实例。

__bases__这个方法用于得到一个对象的父类是谁，特别注意一下__base__返回单个父类，__bases__以tuple形式返回所有父类。

好了知道了这两个方法我来依次说一下每行什么意思。

使用type创建一个类赋值给pw type的接受的三个参数的意思分辨是(类的名称， 类是否有父类(), 类的属性字典{})

这里初始化一个类的实例，然后尝试去获得父类的laugh_at属性值，然后得到结果hahahaha

取一个pw的也就是我们常见类的类字典数据

拿到pw的父类，结果是我们指定的 FlyToSky

pw的实例pw()属于哪个类初始化的，可以看到是class Trick

我们再看class trick是谁初始化的？ 就是元类type了

(二) 什么是元类以及简单运用
这一切介绍完之后我们总算可以进入正题

到底什么是元类？通俗的就是说，元类就是创建类的类。。。这样听起来是不是超级抽象？

来看看这个

Trick = MetaClass()
MyObject = Trick()
上面我们已经介绍了，搞一个Trick可以直接这样

Trick = type('Trick', (), {})
可以这样其实就是因为，Type实际上是一个元类，用他可以去创建类。什么是元类刚才说了，元类就是创建类的类。也可以说他就是一个类的创建工厂。

类上面的__metaclass__属性，相信愿意了解元类细节的盆友，都肯定见过这个东西，而且为之好奇。不然我不知道是什么支撑你看到这里的:joy:。使用了__metaclass__这个魔法方法就意味着就会用__metaclass__指定的元类来创建类了。

class Trick(FlyToSky):
    pass
当我们在创建上面的类的时候，python做了如下的操作：

Trick中有__metaclass__这个属性吗？如果有，那么Python会在内存中通过__metaclass__创建一个名字为Trick的类对象，也就是Trick这个东西。如果Python没有找到__metaclass__，它会继续在自己的父类FlyToSky中寻找__metaclass__属性，并且尝试以__metaclass__指定的方法创建一个Trick类对象。如果Python在任何一个父类中都找不到__metaclass__，它也不会就此放弃，而是去模块中搜寻是否有__metaclass__的指定。如果还是找不到，好吧那就是使用默认的type来创建Trick。

那么问题来了，我们要在__metaclass__中放置什么呢？答案是可以创建一个类的东西，type,或者任何用到type或子类化type的东西都行。

(三) 自定义元类
自定义类的的目的，我总结了一下就是拦截类的创建，然后修改一些特性，然后返回该类。是不是有点熟悉？没错，就是感觉是装饰器干的事情，只是装饰器是修饰一个函数，同样是一个东西进去，然后被额外加了一些东西，最后被返回。

其实除了上面谈到的制定一个__metaclass__并不需要赋值给它的不一定要是正式类，是一个函数也可以。要创建一个使所有模块级别都是用这个元类创建类的话，在模块级别设定__metaclass__就可以了。先写一个来试试看，我还是延用stackoverflow上面那个哥们的例子，将所有的属性都改为大写的。��

来看这个例子：

input:
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
    """
    返回一个对象,将属性都改为大写的形式
    :param class_name: 类的名称
    :param class_parents: 类的父类tuple
    :param class_attr: 类的参数
    :return: 返回类
    """
    # 生成了一个generator
    attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith('__'))
    uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
    return type(class_name, class_parents, uppercase_attrs)

__metaclass__ = upper_attr

pw = upper_attr('Trick', (), {'bar': 0})
print hasattr(pw, 'bar')
print hasattr(pw, 'BAR')
print pw.BAR

output:
False
True
0
可以从上面看到，我实现了一个元类(metaclass)， 然后指定了模块使用这个元类来创建类，所以当我下面使用type进行类创建的时候，可以发现小写的bar参数被替换成了大写的BAR参数，并且在最后我调用了这个类属性并，打印了它。

上面我们使用了函数做元类传递给类，下面我们使用一个正式类来作为元类传递给__metaclass__

class UpperAttrMetaClass(type):
    def __new__(mcs, class_name, class_parents, class_attr):
        attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith('__'))
        uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
        return super(UpperAttrMetaClass, mcs).__new__(mcs, class_name, class_parents, uppercase_attrs)

class Trick(object):
    __metaclass__ = UpperAttrMetaClass
    bar = 12
    money = 'unlimited'

print Trick.BAR
print Trick.MONEY