Python中元類的作用

1.什么是類

在理解元類之前，我們必須先掌握Python中的類(class)。

和大多數(shù)語言一樣，Python中的類知識用來描述如何“生成一個對象”：

但是，在Python中，類不僅能用來描述如何生成一個對象， 類本身也是對象 。

在你使用關(guān)鍵詞** class **的時候，Python就會執(zhí)行它，并創(chuàng)建一個對象。

>> > class ObjectCreator(object):
...       pass
...

上述指令在內(nèi)存中創(chuàng)建了一個“ObjectiveCreator”的對象。

這個對象（類）本身具有創(chuàng)建對象（實例）的能力，因此它也是一個類。你可以對它做以下操作：

1.將其分配給變量
2.復(fù)制它
3.為其添加屬性
4.將其作為函數(shù)參數(shù)傳遞

例如：

2.動態(tài)創(chuàng)建類

由于類是對象，因此你可以像創(chuàng)建任何對象（數(shù)組、字典等）一樣，隨時隨地創(chuàng)建類。

你甚至可以在函數(shù)里創(chuàng)建類：

但是，這樣的類并不是很動態(tài)，因為你必須自己編寫整個類。

使用class關(guān)鍵字時，Python會幫你自動創(chuàng)建此對象，但是，Python同樣也提供了一種手動創(chuàng)建的方法，那就是type函數(shù)。

>> > print(type(1))
< type 'int' >
 >> > print(type("1"))
< type 'str' >
 >> > print(type(ObjectCreator))
< type 'type' >
 >> > print(type(ObjectCreator()))
< class '__main__.ObjectCreator' >

type函數(shù)最經(jīng)典的用法是返回對象的類型。但是很少人知道，它還能接受參數(shù)并手動創(chuàng)建類。

type(name, bases, attrs)

其中

• name : 類名
• bases : 元組，父類名
• attrs : 字典，類屬性值

因此你可以這樣手動創(chuàng)建類：

>> > MyShinyClass = type('MyShinyClass', (), {}) # returns a class object
 >> > print(MyShinyClass)
< class '__main__.MyShinyClass' >
 >> > print(MyShinyClass()) # create an instance with the class
< __main__.MyShinyClass object at 0x8997cec >

如果你想給它賦予屬性，可以這樣玩：

>> > class Foo(object):
...       bar = True

等同于

>> > Foo = type('Foo', (), {'bar':True})

用來繼承也是可以的：

>> > FooChild = type('FooChild', (Foo,), {})
 >> > print(FooChild)
< class '__main__.FooChild' >
 >> > print(FooChild.bar) # bar is inherited from Foo
True

可見通過 type() 函數(shù)創(chuàng)建的類和直接寫class是完全一樣的。

因為Python解釋器遇到class定義時，僅僅是掃描一下class定義的語法，然后調(diào)用 type() 函數(shù)創(chuàng)建出class。

正常情況下，我們用class來定義類，但是，type()函數(shù)也允許我們動態(tài)創(chuàng)建類，也就是說，動態(tài)語言本身支持運行期動態(tài)創(chuàng)建類，這和靜態(tài)語言有非常大的不同。

Python是通過什么做到這一切的？那就是元類。

3.什么是元類

元類就是用于創(chuàng)建類的“東西”。

你定義類是為了創(chuàng)建對象，Python中所有的類都是對象。元類是用于創(chuàng)建這些對象的?？梢钥催@個例子：

MyClass = MetaClass()
my_object = MyClass()

這有點像套娃。這段代碼轉(zhuǎn)化為type就是這樣的：

MyClass = type('MyClass', (), {})

因此，我們可以得到一個基本事實，type 本身就是一個 元類 。

其實，就是 type 在幕后創(chuàng)建了Python中所有的類。

通過檢查__class__屬性，你會看到Python中，一切對象都是基于 type 的：

>> > age = 35
 >> > age.__class__
< type 'int' >
 >> > name = 'bob'
 >> > name.__class__
< type 'str' >
 >> > def foo(): pass
 >> > foo.__class__
< type 'function' >
 >> > class Bar(object): pass
 >> > b = Bar()
 >> > b.__class__
< class '__main__.Bar' >

那么，有個有趣的問題,__class__的__class__是什么呢？

>> > age.__class__.__class__
< type 'type' >
 >> > name.__class__.__class__
< type 'type' >
 >> > foo.__class__.__class__
< type 'type' >
 >> > b.__class__.__class__
< type 'type' >

因此，元類只是創(chuàng)建類對象的東西，如果愿意，可以將其稱為“類的工廠”。

type 是Python使用的內(nèi)置元類。不過，你可以創(chuàng)建自己的元類。

3.1 __metaclass__屬性

在Python 2中，可以在編寫類時添加屬性__metaclass__，使用某個元類來創(chuàng)建該類：

class Foo(object):
    __metaclass__ = something...
    [...]

不過要小心的是，你雖然先寫了 class Foo(object)，但Foo這個對象尚未被創(chuàng)建，Python將先尋找__metaclass__類，找到后用它來創(chuàng)建Foo類。

如果沒有這個__metaclass__類，它將使用 type 來創(chuàng)建類。

因此，類創(chuàng)建的流程是這樣的：

1.創(chuàng)建的類中有__metaclass__元類屬性嗎？

2.如果有，那就用__metaclass__給該類在內(nèi)存中創(chuàng)建一個類對象。

3.如果Python找不到__metaclass__，它將在MODULE級別查找__metaclass__屬性 。

4.如果還是沒有，那就使用父類的元類來創(chuàng)建類對象。

現(xiàn)在的問題就是，你可以在__metaclass__中放置些什么代碼呢？

答案就是：可以創(chuàng)建一個類的東西。那么什么可以用來創(chuàng)建一個類呢？type，或者任何繼承或使用它的東西。

3.2 Python 3中的元類

設(shè)置元類的語法在Python3已改為：

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

即不再使用__metaclass__屬性，而是在基類參數(shù)列表中引入關(guān)鍵字參數(shù)。

不過元類的基本工作方式不變。在Python3中，你可以將屬性作為關(guān)鍵字參數(shù)傳遞給元類：

class Foo(object, metaclass=something, kwarg1=value1, kwarg2=value2):
    ...

4.為什么需要元類

元類最主要的一個應(yīng)用方向是創(chuàng)建API，一個最著名的應(yīng)用是Django ORM，比如：

class Person(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=30)
    age = models.IntegerField()

當(dāng)你這樣訪問屬性的時候：

person = Person(name='bob', age='35')
print(person.age)

它并不會返回models.IntegerField，而是返回了一個整形的數(shù)字。

這是因為models.Model引用了一個ModelBase類，該類隨后進行了魔術(shù)般地操作，使其能夠與數(shù)據(jù)庫字段進行掛鉤。

這就是元類的作用，Django通過它，完成了系列復(fù)雜的幕后工作，將原本非常復(fù)雜的事情變得非常簡單。