摘要：但一般情況下，我們使用類作為元類。那么，元類到底有什么用呢要你何用元類的主要目的是為了控制類的創(chuàng)建行為。當然，有很多種做法，這里展示用元類的做法。當你創(chuàng)建類時，解釋器會調(diào)用元類來生成它，定義一個繼承自的普通類意味著調(diào)用來創(chuàng)建它。

Python 中的元類（metaclass）是一個深度魔法，平時我們可能比較少接觸到元類，本文將通過一些簡單的例子來理解這個魔法。

在 Python 中，一切皆對象。字符串，列表，字典，函數(shù)是對象，類也是一個對象，因此你可以：

把類賦值給一個變量

把類作為函數(shù)參數(shù)進行傳遞

把類作為函數(shù)的返回值

在運行時動態(tài)地創(chuàng)建類

看一個簡單的例子：

class Foo(object):
    foo = True

class Bar(object):
    bar = True

def echo(cls):
    print cls

def select(name):
    if name == "foo":
        return Foo        # 返回值是一個類
    if name == "bar":
        return Bar

>>> echo(Foo)             # 把類作為參數(shù)傳遞給函數(shù) echo

>>> cls = select("foo")   # 函數(shù) select 的返回值是一個類，把它賦給變量 cls
>>> cls
__main__.Foo

在日常使用中，我們經(jīng)常使用 object 來派生一個類，事實上，在這種情況下，Python 解釋器會調(diào)用 type 來創(chuàng)建類。

這里，出現(xiàn)了 type，沒錯，是你知道的 type，我們經(jīng)常使用它來判斷一個對象的類型，比如：

class Foo(object):
    Foo = True

>>> type(10)

>>> type("hello")

>>> type(Foo())

>>> type(Foo)

事實上，type 除了可以返回對象的類型，它還可以被用來動態(tài)地創(chuàng)建類（對象）。下面，我們看幾個例子，來消化一下這句話。

使用 type 來創(chuàng)建類（對象）的方式如下：

type(類名, 父類的元組（針對繼承的情況，可以為空），包含屬性和方法的字典（名稱和值）)

假設(shè)有下面的類：

class Foo(object):
    pass

現(xiàn)在，我們不使用 class 關(guān)鍵字來定義，而使用 type，如下：

Foo = type("Foo", (object, ), {})    # 使用 type 創(chuàng)建了一個類對象

上面兩種方式是等價的。我們看到，type 接收三個參數(shù)：

第 1 個參數(shù)是字符串 "Foo"，表示類名

第 2 個參數(shù)是元組 (object, )，表示所有的父類

第 3 個參數(shù)是字典，這里是一個空字典，表示沒有定義屬性和方法

在上面，我們使用 type() 創(chuàng)建了一個名為 Foo 的類，然后把它賦給了變量 Foo，我們當然可以把它賦給其他變量，但是，此刻沒必要給自己找麻煩。

接著，我們看看使用：

>>> print Foo

>>> print Foo()
<__main__.Foo object at 0x10c34f250>

假設(shè)有下面的類：

class Foo(object):
    foo = True
    def greet(self):
        print "hello world"
        print self.foo

用 type 來創(chuàng)建這個類，如下：

def greet(self):
    print "hello world"
    print self.foo

Foo = type("Foo", (object, ), {"foo": True, "greet": greet})

上面兩種方式的效果是一樣的，看下使用：

>>> f = Foo()
>>> f.foo
True
>>> f.greet
>
>>> f.greet()
hello world
True

再來看看繼承的情況，假設(shè)有如下的父類：

class Base(object):
    pass

我們用 Base 派生一個 Foo 類，如下：

class Foo(Base):
   foo = True

改用 type 來創(chuàng)建，如下：

Foo = type("Foo", (Base, ), {"foo": True})

元類（metaclass）是用來創(chuàng)建類（對象）的可調(diào)用對象。這里的可調(diào)用對象可以是函數(shù)或者類等。但一般情況下，我們使用類作為元類。對于實例對象、類和元類，我們可以用下面的圖來描述：

類是實例對象的模板，元類是類的模板

+----------+             +----------+             +----------+
|          |             |          |             |          |
|          | instance of |          | instance of |          |
| instance +------------>+  class   +------------>+ metaclass|
|          |             |          |             |          |
|          |             |          |             |          |
+----------+             +----------+             +----------+

我們在前面使用了 type 來創(chuàng)建類（對象），事實上，type 就是一個元類。

那么，元類到底有什么用呢？要你何用...

元類的主要目的是為了控制類的創(chuàng)建行為。我們還是先來看看一些例子，以消化這句話。

先從一個簡單的例子開始，假設(shè)有下面的類：

class Foo(object):
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

現(xiàn)在我們想給這個類的方法和屬性名稱前面加上 my_ 前綴，即 name 變成 my_name，bar 變成 my_bar，另外，我們還想加一個 echo 方法。當然，有很多種做法，這里展示用元類的做法。

1.首先，定義一個元類，按照默認習(xí)慣，類名以 Metaclass 結(jié)尾，代碼如下：

class PrefixMetaclass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 給所有屬性和方法前面加上前綴 my_
        _attrs = (("my_" + name, value) for name, value in attrs.items())  
        
        _attrs = dict((name, value) for name, value in _attrs)  # 轉(zhuǎn)化為字典
        _attrs["echo"] = lambda self, phrase: phrase  # 增加了一個 echo 方法
        
        return type.__new__(cls, name, bases, _attrs)  # 返回創(chuàng)建后的類

上面的代碼有幾個需要注意的點：

PrefixMetaClass 從 type 繼承，這是因為 PrefixMetaclass 是用來創(chuàng)建類的

__new__ 是在 __init__ 之前被調(diào)用的特殊方法，它用來創(chuàng)建對象并返回創(chuàng)建后的對象，對它的參數(shù)解釋如下：

cls：當前準備創(chuàng)建的類

name：類的名字

bases：類的父類集合

attrs：類的屬性和方法，是一個字典

2.接著，我們需要指示 Foo 使用 PrefixMetaclass 來定制類。

在 Python2 中，我們只需在 Foo 中加一個 __metaclass__ 的屬性，如下：

class Foo(object):
    __metaclass__ = PrefixMetaclass
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

在 Python3 中，這樣做：

class Foo(metaclass=PrefixMetaclass):
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

現(xiàn)在，讓我們看看使用：

>>> f = Foo()
>>> f.name    # name 屬性已經(jīng)被改變
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
 in ()
----> 1 f.name

AttributeError: "Foo" object has no attribute "name"
>>>
>>> f.my_name
"foo"
>>> f.my_bar()
bar
>>> f.echo("hello")
"hello"

可以看到，F(xiàn)oo 原來的屬性 name 已經(jīng)變成了 my_name，而方法 bar 也變成了 my_bar，這就是元類的魔法。

再來看一個繼承的例子，下面是完整的代碼：

class PrefixMetaclass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 給所有屬性和方法前面加上前綴 my_
        _attrs = (("my_" + name, value) for name, value in attrs.items())  
        
        _attrs = dict((name, value) for name, value in _attrs)  # 轉(zhuǎn)化為字典
        _attrs["echo"] = lambda self, phrase: phrase  # 增加了一個 echo 方法
        
        return type.__new__(cls, name, bases, _attrs)

class Foo(object):
    __metaclass__ = PrefixMetaclass   # 注意跟 Python3 的寫法有所區(qū)別
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

class Bar(Foo):
    prop = "bar"

其中，PrefixMetaclass 和 Foo 跟前面的定義是一樣的，只是新增了 Bar，它繼承自 Foo。先讓我們看看使用：

>>> b = Bar()
>>> b.prop     # 發(fā)現(xiàn)沒這個屬性
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
 in ()
----> 1 b.prop

AttributeError: "Bar" object has no attribute "prop"
>>> b.my_prop
"bar"
>>> b.my_name
"foo"
>>> b.my_bar()
bar
>>> b.echo("hello")
"hello"

我們發(fā)現(xiàn)，Bar 沒有 prop 這個屬性，但是有 my_prop 這個屬性，這是為什么呢？

原來，當我們定義 class Bar(Foo) 時，Python 會首先在當前類，即 Bar 中尋找 __metaclass__，如果沒有找到，就會在父類 Foo 中尋找 __metaclass__，如果找不到，就繼續(xù)在 Foo 的父類尋找，如此繼續(xù)下去，如果在任何父類都找不到 __metaclass__，就會到模塊層次中尋找，如果還是找不到，就會用 type 來創(chuàng)建這個類。

這里，我們在 Foo 找到了 __metaclass__，Python 會使用 PrefixMetaclass 來創(chuàng)建 Bar，也就是說，元類會隱式地繼承到子類，雖然沒有顯示地在子類使用 __metaclass__，這也解釋了為什么 Bar 的 prop 屬性被動態(tài)修改成了 my_prop。

寫到這里，不知道你理解元類了沒？希望理解了，如果沒理解，就多看幾遍吧~

在 Python 中，類也是一個對象。

類創(chuàng)建實例，元類創(chuàng)建類。

當你創(chuàng)建類時，解釋器會調(diào)用元類來生成它，定義一個繼承自 object 的普通類意味著調(diào)用 type 來創(chuàng)建它。

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本文標題為: Python: 陌生的 metaclass
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oop - What is a metaclass in Python? - Stack Overflow

深刻理解Python中的元類(metaclass) - 伯樂在線

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