详解Python元类

　　什么是元类?

　　理解元类(metaclass)之前，我们先了解下Python中的OOP和类(Class)。

　　面向对象全称 Object Oriented Programming 简称OOP，这种编程思想被大家所熟知。它是把对象作为一个程序的基本单元，把数据和功能封装在里面，能够实现很好的复用性，灵活性和扩展性。OOP中有2个基本概念：类和对象：

　　类是描述如何创建一个对象的代码段，用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合，它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法

　　对象是类的实例(Instance)。

　　我们举个例子：

　　In : class ObjectCreator(object):

　　...: pass

　　...:

　　In : my_object = ObjectCreator()

　　In : my_object

　　Out: <__main__.ObjectCreator at 0x1082bbef0>

　　而Python中的类并不是仅限于此：

　　In : print(ObjectCreator)

　　ObjectCreator竟然可以被print，所以它的类也是对象!既然类是对象，你就能动态地创建它们，就像创建任何对象那样。我在日常工作里面就会有这种动态创建类的需求，比如在mock数据的时候，现在有个函数func接收一个参数：

　　In : def func(instance):

　　...: print(instance.a, instance.b)

　　...: print(instance.method_a(10))

　　...:

　　正常使用起来传入的instance是符合需求的(有a、b属性和method_a方法)，但是当我想单独调试func的时候，需要「造」一个，假如不用元类，应该是这样写:

　　In : def generate_cls(a, b):

　　...: class Fake(object):

　　...: def method_a(self, n):

　　...: return n

　　...: Fake.a = a

　　...: Fake.b = b

　　...: return Fake

　　...:

　　In : ins = generate_cls(1, 2)()

　　In : ins.a, ins.b, ins.method_a(10)

　　Out: (1, 2, 10)

　　你会发现这不算是「动态创建」的：

　　类名(Fake)不方便改变

　　要创建的类需要的属性和方法越多，就要对应的加码，不灵活。

　　我平时怎么做呢：

　　In : def method_a(self, n):

　　...: return n

　　...:

　　In : ins = type('Fake', (), {'a': 1, 'b': 2, 'method_a': method_a})()

　　In : ins.a, ins.b, ins.method_a(10)

　　Out: (1, 2, 10)

　　到了这里，引出了type函数。本来它用来能让你了解一个对象的类型：

　　In : type(1)

　　Out: int

　　In : type('1')

　　Out: str

　　In : type(ObjectCreator)

　　Out: type

　　In : type(ObjectCreator())

　　Out: __main__.ObjectCreator

　　另外，type如上所说还可以动态地创建类：type可以把对于类的描述作为参数，并返回一个类。

　　MyClass = type('MyClass', (), {})

　　这种用法就是由于type实际上是一个元类，作为元类的type在Python中被用于在后台创建所有的类。在Python语言上有个说法「Everything is an object」。包括整数、字符串、函数和类... 所有这些都是对象。所有这些都是由一个类创建的：

　　In : age = 35

　　In : age.__class__

　　Out: int

　　In : name = 'bob'

　　In : name.__class__

　　Out: str

　　...

　　现在，任何__class__中的__class__是什么?

　　In : age.__class__.__class__

　　Out: type

　　In : name.__class__.__class__

　　Out: type

　　...

　　如果你愿意，你可以把type称为「类工厂」。type是Python中内建元类，当然，你也可以创建你自己的元类。

　　创建自己的元类

　　Python2创建类的时候，可以添加一个__metaclass__属性：

　　class Foo(object):

　　__metaclass__ = something...

　　[...]

　　如果你这样做，Python会使用元类来创建Foo这个类。Python会在类定义中寻找__metaclass__。如果找到它，Python会用它来创建对象类Foo。如果没有找到它，Python将使用type来创建这个类。

　　在Python3中语法改变了一下：

　　class Simple1(object, metaclass=something...):

　　[...]

　　本质上是一样的。拿一个4年前写分享的元类例子(就是为了推荐你来阅读 ??我的PPT：《Python高级编程》(https://github.com/dongweiming/Expert-Python) )吧：

　　class HelloMeta(type):

　　def __new__(cls, name, bases, attrs):

　　def __init__(cls, func):

　　cls.func = func

　　def hello(cls):

　　print 'hello world'

　　t = type.__new__(cls, name, bases, attrs)

　　t.__init__ = __init__

　　t.hello = hello

　　return t

　　class New_Hello(object):

　　__metaclass__ = HelloMeta

　　New_Hello初始化需要添加一个参数，并包含一个叫做hello的方法：

　　In : h = New_Hello(lambda x: x)

　　In : h.func(10), h.hello()

　　hello world

　　Out: (10, None)

　　PS: 这个例子只能运行于Python2。

　　在Python里__new__方法创建实例，__init__负责初始化一个实例。对于type也是一样的效果，只不过针对的是「类」，在上面的HelloMeta中只使用了__new__创建类，我们再感受一个使用__init__的元类：

　　In : class HelloMeta2(type):

　　...: def __init__(cls, name, bases, attrs):

　　...: super(HelloMeta2, cls).__init__(name, bases, attrs)

　　...: attrs_ = {}

　　...: for k, v in attrs.items():

　　...: if not k.startswith('__'):

　　...: attrs_[k] = v

　　...: setattr(cls, '_new_dict', attrs_)

　　...:

　　...:

　　别往下看。思考下这样创建出来的类有什么特殊的地方?

　　我揭晓一下(这次使用Python 3语法)：

　　In : class New_Hello2(metaclass=HelloMeta2):

　　...: a = 1

　　...: b = True

　　In : New_Hello2._new_dict

　　Out: {'a': 1, 'b': True}

　　In : h2 = New_Hello2()

　　In : h2._new_dict

　　Out: {'a': 1, 'b': True}

　　有点明白么?其实就是在创建类的时候把类的属性循环了一遍把不是__开头的属性最后存在了_new_dict上。

　　什么时候需要用元类?

　　日常的业务逻辑开发是不太需要使用到元类的，因为元类是用来拦截和修改类的创建的，用到的场景很少。我能想到最典型的场景就是 ORM。ORM就是「对象 关系 映射」的意思，简单的理解就是把关系数据库的一张表映射成一个类，一行记录映射为一个对象。ORM框架中的Model只能动态定义，因为这个模式下这些关系只能是由使用者来定义，元类再配合描述符就可以实现ORM了。

　　以上内容为大家介绍了详解Python元类，希望对大家有所帮助，如果想要了解更多Python相关知识，请关注多测师。https://www.e70w.com/xwzx/