【Python之路】特别篇--Python面向对象(进阶篇)
上一篇《Python 面向对象(初级篇)》文章介绍了面向对象基本知识:
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面向对象是一种编程方式,此编程方式的实现是基于对 类 和 对象 的使用
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类 是一个模板,模板中包装了多个“函数”供使用(可以讲多函数中公用的变量封装到对象中)
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对象,根据模板创建的实例(即:对象),实例用于调用被包装在类中的函数
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面向对象三大特性:封装、继承和多态
本篇将详细介绍Python 类的成员、成员修饰符、类的特殊成员。
类的成员
类的成员可以分为三大类:字段、方法和属性
注:所有成员中,只有普通字段的内容保存对象中;
即:根据此类创建了多少对象,在内存中就有多少个普通字段。而其他的成员,则都是保存在类中,即:无论对象的多少,在内存中只创建一份。
一、字段
字段包括:普通字段和静态字段,他们在定义和使用中有所区别,而最本质的区别是内存中保存的位置不同,
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普通字段属于对象
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静态字段属于类
class Province: # 静态字段 country = '中国' def __init__(self, name): # 普通字段 self.name = name # 直接访问普通字段 obj = Province('河北省') print obj.name # 直接访问静态字段 Province.country
由上述代码可以看出:
普通字段通过 对象来访问
静态字段通过 类访问 或者 对象来访问
其在内容的存储方式类似如下图:
由上图可是:
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静态字段在内存中只保存一份
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普通字段在每个对象中都要保存一份
应用场景: 通过类创建对象时,如果每个对象都具有相同的字段,那么就使用静态字段
二、方法
方法包括:普通方法、静态方法和类方法,三种方法在内存中都归属于类,区别在于调用方式不同。
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普通方法:由 对象 调用;至少一个 self 参数;执行普通方法时,自动将调用该方法的 对象 赋值给 self;
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类方法:由 类 调用; 至少一个 cls 参数;执行类方法时,自动将调用该方法的 类 赋值给 cls;
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静态方法:由 类 调用;无需默认参数;
class Foo: def __init__(self, name): self.name = name def ord_func(self): """ 定义普通方法,至少有一个self参数 """ # print self.name print '普通方法' @classmethod def class_func(cls): """ 定义类方法,至少有一个cls参数 """ print '类方法' @staticmethod def static_func(): """ 定义静态方法 ,无默认参数""" print '静态方法' # 调用普通方法 f = Foo() f.ord_func() # 调用类方法 Foo.class_func() # 调用静态方法 Foo.static_func()
相同点:对于所有的方法而言,均属于类(非对象)中,所以,在内存中也只保存一份。
不同点:方法调用者不同、调用方法时自动传入的参数不同。
三、属性 👉详情点击
如果你已经了解Python类中的方法,那么属性就非常简单了,因为Python中的属性其实是普通方法的变种。
对于属性,有以下三个知识点:
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属性的基本使用
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属性的两种定义方式
1、属性的基本使用
# ############### 定义 ############### class Foo: def func(self): pass # 定义属性 @property def prop(self): pass # ############### 调用 ############### foo_obj = Foo() foo_obj.func() foo_obj.prop #调用属性
由属性的定义和调用要注意一下几点:
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定义时,在普通方法的基础上添加 @property 装饰器;
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定义时,属性仅有一个self参数
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调用时,无需括号
方法:foo_obj.func()
属性:foo_obj.prop
注:属性存在意义是:访问属性时可以制造出和访问字段完全相同的假象
属性由方法变种而来,如果Python中没有属性,方法完全可以代替其功能。
栗子:
对于主机列表页面,每次请求不可能把数据库中的所有内容都显示到页面上,而是通过分页的功能局部显示,
所以在向数据库中请求数据时就要显示的指定获取从第m条到第n条的所有数据(即:limit m,n),这个分页的功能包括:
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根据用户请求的当前页和总数据条数计算出 m 和 n
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根据m 和 n 去数据库中请求数据
# ############### 定义 ############### class Pager: def __init__(self, current_page): # 用户当前请求的页码(第一页、第二页...) self.current_page = current_page # 每页默认显示10条数据 self.per_items = 10 @property def start(self): val = (self.current_page - 1) * self.per_items return val @property def end(self): val = self.current_page * self.per_items return val # ############### 调用 ############### p = Pager(1) p.start 就是起始值,即:m p.end 就是结束值,即:n
从上述可见,Python的属性的功能是:属性内部进行一系列的逻辑计算,最终将计算结果返回。
2、属性的两种定义方式
属性的定义有两种方式:
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装饰器 即:在方法上应用装饰器
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静态字段 即:在类中定义值为property对象的静态字段
装饰器方式:在类的普通方法上应用@property装饰器
我们知道Python中的类有经典类和新式类,新式类的属性比经典类的属性丰富。( 如果类继object,那么该类是新式类 )
经典类,具有一种@property装饰器(如上一步实例)
# ############### 定义 ############### class Goods: @property def price(self): return "alex" # ############### 调用 ############### obj = Goods() result = obj.price # 自动执行 @property 修饰的 price 方法,并获取方法的返回值
新式类,具有三种@property装饰器
class Goods(object): @property def price(self): print('@property') @price.setter def price(self, value): print('@price.setter') @price.deleter def price(self): print('@price.deleter') # ############### 调用 ############### obj = Goods() obj.price # 自动执行 @property 修饰的 price 方法,并获取方法的返回值 obj.price = 123 # 自动执行 @price.setter 修饰的 price 方法,并将 123 赋值给方法的参数 del obj.price # 自动执行 @price.deleter 修饰的 price 方法
注:经典类中的属性只有一种访问方式,其对应被 @property 修饰的方法
新式类中的属性有三种访问方式,并分别对应了三个被@property、@方法名.setter、@方法名.deleter修饰的方法
静态字段方式:创建值为property对象的静态字段
当使用静态字段的方式创建属性时,经典类和新式类无区别
class Foo: def get_bar(self): return 'wupeiqi' BAR = property(get_bar) obj = Foo() reuslt = obj.BAR # 自动调用get_bar方法,并获取方法的返回值 print reuslt
property的构造方法中有个四个参数
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第一个参数是方法名,调用
对象.属性
时自动触发执行方法 -
第二个参数是方法名,调用
对象.属性 = XXX
时自动触发执行方法 -
第三个参数是方法名,调用
del 对象.属性
时自动触发执行方法 -
第四个参数是字符串,调用
对象.属性.__doc__
,此参数是该属性的描述信息
class Foo: def get_bar(self): return 'wupeiqi' # *必须两个参数 def set_bar(self, value): return return 'set value' + value def del_bar(self): return 'wupeiqi' BAR = property(get_bar, set_bar, del_bar, 'description...') obj = Foo() obj.BAR # 自动调用第一个参数中定义的方法:get_bar obj.BAR = "alex" # 自动调用第二个参数中定义的方法:set_bar方法,并将“alex”当作参数传入 del Foo.BAR # 自动调用第三个参数中定义的方法:del_bar方法 obj.BAE.__doc__ # 自动获取第四个参数中设置的值:description...
由于静态字段方式创建属性具有三种访问方式,我们可以根据他们几个属性的访问特点,分别将三个方法定义为对同一个属性:获取、修改、删除
class Goods(object): def __init__(self): # 原价 self.original_price = 100 # 折扣 self.discount = 0.8 def get_price(self): # 实际价格 = 原价 * 折扣 new_price = self.original_price * self.discount return new_price def set_price(self, value): self.original_price = value def del_price(self, value): del self.original_price PRICE = property(get_price, set_price, del_price, '价格属性描述...') obj = Goods() obj.PRICE # 获取商品价格 obj.PRICE = 200 # 修改商品原价 del obj.PRICE # 删除商品原价
注意:Python WEB框架 Django 的视图中 request.POST 就是使用的静态字段的方式创建的属性
class WSGIRequest(http.HttpRequest): def __init__(self, environ): script_name = get_script_name(environ) path_info = get_path_info(environ) if not path_info: # Sometimes PATH_INFO exists, but is empty (e.g. accessing # the SCRIPT_NAME URL without a trailing slash). We really need to # operate as if they'd requested '/'. Not amazingly nice to force # the path like this, but should be harmless. path_info = '/' self.environ = environ self.path_info = path_info self.path = '%s/%s' % (script_name.rstrip('/'), path_info.lstrip('/')) self.META = environ self.META['PATH_INFO'] = path_info self.META['SCRIPT_NAME'] = script_name self.method = environ['REQUEST_METHOD'].upper() _, content_params = cgi.parse_header(environ.get('CONTENT_TYPE', '')) if 'charset' in content_params: try: codecs.lookup(content_params['charset']) except LookupError: pass else: self.encoding = content_params['charset'] self._post_parse_error = False try: content_length = int(environ.get('CONTENT_LENGTH')) except (ValueError, TypeError): content_length = 0 self._stream = LimitedStream(self.environ['wsgi.input'], content_length) self._read_started = False self.resolver_match = None def _get_scheme(self): return self.environ.get('wsgi.url_scheme') def _get_request(self): warnings.warn('`request.REQUEST` is deprecated, use `request.GET` or ' '`request.POST` instead.', RemovedInDjango19Warning, 2) if not hasattr(self, '_request'): self._request = datastructures.MergeDict(self.POST, self.GET) return self._request @cached_property def GET(self): # The WSGI spec says 'QUERY_STRING' may be absent. raw_query_string = get_bytes_from_wsgi(self.environ, 'QUERY_STRING', '') return http.QueryDict(raw_query_string, encoding=self._encoding) # ############### 看这里看这里 ############### def _get_post(self): if not hasattr(self, '_post'): self._load_post_and_files() return self._post # ############### 看这里看这里 ############### def _set_post(self, post): self._post = post @cached_property def COOKIES(self): raw_cookie = get_str_from_wsgi(self.environ, 'HTTP_COOKIE', '') return http.parse_cookie(raw_cookie) def _get_files(self): if not hasattr(self, '_files'): self._load_post_and_files() return self._files # ############### 看这里看这里 ############### POST = property(_get_post, _set_post) FILES = property(_get_files) REQUEST = property(_get_request)
所以,定义属性共有两种方式,分别是【装饰器】和【静态字段】,而【装饰器】方式针对经典类和新式类又有所不同。
成员修饰符
类的所有成员在上一步骤中已经做了详细的介绍,对于每一个类的成员而言都有两种形式:
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公有成员,在任何地方都能访问
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私有成员,只有在类的内部才能方法
私有成员和公有成员的定义不同:
私有成员命名时,前两个字符是下划线。(特殊成员除外,例如:__init__、__call__、__dict__等)
class C: def __init__(self): self.name = '公有字段' self.__foo = "私有字段"
私有成员和公有成员的访问限制不同:
静态字段
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公有静态字段:类可以访问;类内部可以访问;派生类中可以访问
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私有静态字段:仅类内部可以访问;(子类也不能访问父类的私有字段等)
class C: name = "公有静态字段" def func(self): print C.name class D(C): def show(self): print C.name C.name # 类访问 obj = C() obj.func() # 类内部可以访问 obj_son = D() obj_son.show() # 派生类中可以访问
class C: __name = "公有静态字段" def func(self): print C.__name class D(C): def show(self): print C.__name C.__name # 类访问 ==> 错误 obj = C() obj.func() # 类内部可以访问 ==> 正确 obj_son = D() obj_son.show() # 派生类中可以访问 ==> 错误
普通字段
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公有普通字段:对象可以访问;类内部可以访问;派生类中可以访问
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私有普通字段:仅类内部可以访问;
ps:如果想要强制访问私有字段,可以通过 【对象._类名__私有字段明 】访问(如:obj._C__foo),不建议强制访问私有成员。
class C: def __init__(self): self.foo = "公有字段" def func(self): print self.foo # 类内部访问 class D(C): def show(self): print self.foo # 派生类中访问 obj = C() obj.foo # 通过对象访问 obj.func() # 类内部访问 obj_son = D(); obj_son.show() # 派生类中访问
class C: def __init__(self): self.__foo = "私有字段" def func(self): print self.foo # 类内部访问 class D(C): def show(self): print self.foo # 派生类中访问 obj = C() obj.__foo # 通过对象访问 ==> 错误 obj.func() # 类内部访问 ==> 正确 obj_son = D(); obj_son.show() # 派生类中访问 ==> 错误
方法、属性的访问于上述方式相似,即:私有成员只能在类内部使用
注:非要访问私有属性的话,可以通过 对象._类__属性名
#特殊例子: 访问私有 obj = Foo() print(obj._Foo__name)
类的特殊成员
上文介绍了Python的类成员以及成员修饰符,从而了解到类中有字段、方法和属性三大类成员,并且成员名前如果有两个下划线,则表示该成员是私有成员,私有成员只能由类内部调用。
无论人或事物往往都有不按套路出牌的情况,Python的类成员也是如此,存在着一些具有特殊含义的成员,详情如下:
1. __doc__
表示类的描述信息
class Foo: """ 描述类信息,这是用于看片的神奇 """ def func(self): pass print Foo.__doc__ #输出:类的描述信息
2. __module__ 和 __class__
__module__ 表示当前操作的对象在那个模块
__class__ 表示当前操作的对象的类是什么
#!/usr/bin/env python # -*- coding:utf-8 -*- class C: def __init__(self): self.name = 'alex'
from lib.aa import C obj = C() print obj.__module__ # 输出 lib.aa,即:输出模块 print obj.__class__ # 输出 lib.aa.C,即:输出类
3. __init__
构造方法,通过类创建对象时,自动触发执行。
class Foo: def __init__(self, name): self.name = name self.age = 18 obj = Foo('wupeiqi') # 自动执行类中的 __init__ 方法
4. __del__
析构方法,当对象在内存中被释放时,自动触发执行。
注:此方法一般无须定义,因为Python是一门高级语言,程序员在使用时无需关心内存的分配和释放,因为此工作都是交给Python解释器来执行;
所以,析构函数的调用是由解释器在进行垃圾回收时自动触发执行的。
class Foo: def __del__(self): pass
5. __call__
对象后面加括号,触发执行。
注:构造方法的执行是由创建对象触发的,即:对象 = 类名() ;而对于 __call__ 方法的执行是由对象后加括号触发的,即:对象() 或者 类()()
class Foo: def __init__(self): pass def __call__(self, *args, **kwargs): print '__call__' obj = Foo() # 执行 __init__ obj() # 执行 __call__
6. __dict__
将 对象/类 中封装的内容通过字典形式返回
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对象.__dict__
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类.__dict__
上文中我们知道:类的普通字段属于对象;类中的静态字段和方法等属于类,即:
class Province: country = 'China' def __init__(self, name, count): self.name = name self.count = count def func(self, *args, **kwargs): print 'func' # 获取类的成员,即:静态字段、方法、 print Province.__dict__ # 输出:{'country': 'China', '__module__': '__main__', 'func': <function func at 0x10be30f50>, '__init__': <function __init__ at 0x10be30ed8>, '__doc__': None} obj1 = Province('HeBei',10000) print obj1.__dict__ # 获取 对象obj1 的成员 # 输出:{'count': 10000, 'name': 'HeBei'} obj2 = Province('HeNan', 3888) print obj2.__dict__ # 获取 对象obj1 的成员 # 输出:{'count': 3888, 'name': 'HeNan'}
7. __str__
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str(对象)
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print(对象) => print( str(对象) )
class Foo: def __str__(self): return 'wupeiqi' obj = Foo() print obj # 输出:wupeiqi
8、__getitem__、__setitem__、__delitem__
用于索引操作,如字典。以上分别表示获取、设置、删除数据
class Foo(object): def __getitem__(self, key): print('__getitem__',key) def __setitem__(self, key, value): print('__setitem__',key,value) def __delitem__(self, key): print('__delitem__',key) obj = Foo() result = obj[1] # 自动触发执行 __getitem__ , key 类型为int result = obj['k1'] # 自动触发执行 __getitem__ , key 类型为str result = obj[1:3] # 自动触发执行 __getitem__ , key 类型为slice obj['k2'] = 'alex' # 自动触发执行 __setitem__ del obj['k1'] # 自动触发执行 __delitem__
9、__getslice__、__setslice__、__delslice__
py2 该三个方法用于分片操作,如:列表
py3 中为 __getitem__、__setitem__、__delitem__ 传入值类型被转换成, <class 'slice'>
class Foo(object): def __getslice__(self, i, j): print '__getslice__',i,j def __setslice__(self, i, j, sequence): print '__setslice__',i,j def __delslice__(self, i, j): print '__delslice__',i,j obj = Foo() obj[-1:1] # 自动触发执行 __getslice__ obj[0:1] = [11,22,33,44] # 自动触发执行 __setslice__ del obj[0:2] # 自动触发执行 __delslice__
10. __iter__ 👉详情点击
用于迭代器,之所以列表、字典、元组可以进行for循环,是因为类型内部定义了 __iter__
11. __new__ 和 __metaclass__
阅读以下代码:
class Foo(object): def __init__(self): pass obj = Foo() # obj是通过Foo类实例化的对象
上述代码中,obj 是通过 Foo 类实例化的对象,其实,不仅 obj 是一个对象,Foo类本身也是一个对象,因为在Python中一切事物都是对象。
如果按照一切事物都是对象的理论:obj对象是通过执行Foo类的构造方法创建,那么Foo类对象应该也是通过执行某个类的 构造方法 创建。
print type(obj) # 输出:<class '__main__.Foo'> 表示,obj 对象由Foo类创建 print type(Foo) # 输出:<type 'type'> 表示,Foo类对象由 type 类创建
所以,obj对象是Foo类的一个实例,Foo类对象是 type 类的一个实例,即:Foo类对象 是通过type类的构造方法创建。
那么,创建类就可以有两种方式:
a). 普通方式
class Foo(object): def func(self): print 'hello alex'
b).特殊方式(type类的构造函数)
def func(self): print 'hello alex' Foo = type('Foo',(object,), {'func': func}) #type第一个参数:类名 #type第二个参数:当前类的基类 #type第三个参数:类的成员
==》 类 是由 type 类实例化产生
那么问题来了,类默认是由 type 类实例化产生,type类中如何实现的创建类?类又是如何创建对象?
答:类中有一个属性 __metaclass__,其用来表示该类由 谁 来实例化创建,所以,我们可以为 __metaclass__ 设置一个type类的派生类,从而查看 类 创建的过程。
写法一:
class MyType(type): def __init__(self, what, bases=None, dict=None): super(MyType, self).__init__(what, bases, dict) def __call__(self, *args, **kwargs): obj = self.__new__(self, *args, **kwargs) self.__init__(obj) class Foo(object): __metaclass__ = MyType def __init__(self, name): self.name = name def __new__(cls, *args, **kwargs): return object.__new__(cls, *args, **kwargs) # 第一阶段:解释器从上到下执行代码创建Foo类 # 第二阶段:通过Foo类创建obj对象 obj = Foo()
写法二:
class Foo(metaclass=MyType): pass
__new__和__init__的区别
__new__
和__init__
具有不同的功能。并且对于Python的新类和旧类而言功能也不同。
__new__
和__init__
的主要区别在于:__new__
是用来创造一个类的实例的(constructor),而__init__
是用来初始化一个实例的(initializer)。
Python的新类和旧类
Python中的类分为新类和旧类。旧类是Python3之前的类,旧类并不是默认继承object
类,而是继承type
类。
在Python3中所有的类均默认继承object
,所以并不需要显式地指定object
为基类。
以object
为基类可以使得所定义的类具有新类所对应的方法(methods
)和属性(properties
)。
__new__ 和 __init__ 参数的不同
__new__
所接收的第一个参数是cls
,而__init__
所接收的第一个参数是self
。
这是因为当我们调用__new__
的时候,该类的实例还并不存在(也就是self
所引用的对象还不存在),所以需要接收一个类作为参数,从而产生一个实例。
而当我们调用__init__
的时候,实例已经存在,因此__init__
接受self
作为第一个参数并对该实例进行必要的初始化操作。
这也意味着__init__
是在__new__
之后被调用的。
Python旧类中的 __new__ 和 __init__
Python的旧类中实际上并没有__new__
方法。因为旧类中的__init__
实际上起构造器的作用。
class oldStyleClass: def __new__(cls): print("__new__ is called") # this line will never get called during construction oldStyleClass() # <__main__.oldStyleClass instance at 0x109c45518>
可见创建及初始化对象的过程并没有调用__new__
。
如果我们在__init__
中加上return
语句,将会导致TypeError: __init__() should return None
的错误。
这意味着对于Python的旧类而言,我们无法控制__init__
函数的返回值。
Python新类中的 __new__ 和 __init__
Python的新类允许用户重载__new__
和__init__
方法,且这两个方法具有不同的作用。
__new__
作为构造器,起创建一个类实例的作用。
__init__
作为初始化器,起初始化一个已被创建的实例的作用。
class newStyleClass(object): # In Python2, we need to specify the object as the base. # In Python3 it's default. def __new__(cls): print("__new__ is called") return super(newStyleClass, cls).__new__(cls) def __init__(self): print("__init__ is called") print("self is: ", self) newStyleClass() __new__ is called __init__ is called self is: <__main__.newStyleClass at 0x109290890> <__main__.newStyleClass at 0x109290890>
__new__
函数首先被调用,构造了一个newStyleClass
的实例,
接着__init__
函数在__new__
函数返回一个实例的时候被调用,
并且这个实例作为self
参数被传入了__init__
函数。
这里需要注意的是,如果__new__
函数返回一个已经存在的实例(不论是哪个类的),__init__
不会被调用。
obj = 12 # obj can be an object from any class, even object.__new__(object) class returnExistedObj(object): def __new__(cls): print("__new__ is called") return obj def __init(self): print("__init__ is called") returnExistedObj() __new__ is called 12
同时另一个需要注意的点是:
如果我们在__new__
函数中不返回任何对象,则__init__
函数也不会被调用。
class notReturnObj(object): def __new__(cls): print("__new__ is called") def __init__(self): print("__init__ is called") print(notReturnObj()) __new__ is called None
可见如果__new__
函数不返回对象的话,不会有任何对象被创建,__init__
函数也不会被调用来初始化对象。
Python中的metaclass
Class也是Object
>>> class example(object):pass
class实际上也是object。当我们使用class定义一个类的时候,Python会执行相应代码并在内存中创建一个名为example
的object。
但该object(class)是具有创建其他object(instance)的能力的。这也是这个object是一个class的原因。由于本质上class任然是一个object,所以我们可以对class做出以下操作:
- 我们可以将其赋给一个变量
- 我们可以对其进行拷贝
- 我们可以赋给其新的变量
- 我们可以将其作为参数赋给其他的函数
动态创建class
type
可以动态创建class。type()
函数可以接收class的描述来作为参数并返回所生成的class object。
type(class_name, tuple_of_parent_class, dict_of_attribute_names_and_values)
第二个参数tuple_of_parent_class
用来表示继承关系,可以为空。
第三个参数用来描述我们所要创建的类所应该具有的attribute。
>>> class class_example(object):
>>> class_example = type('class_example', (), {})
什么是metaclass?
metaclass就是Python中用来创建class object的class。
我们可以将其看做能够产生class的类工厂。
从上文中我们知道了type()
可以被用来动态创建class,这是因为实际上type
是一个metaclass。
而且type
实际上是Python用在在幕后创建所有class的metaclass。
type
是Python定义好的metaclass。当然,我们也可以自定义metaclass。
自定义metaclass
metaclass的主要目的是在class被创建的时候对生成的class进行自动的动态修改。
__metaclass__
可以是任何Python的callable
,不必一定是一个正式的class。
通过继承type的方式实现一个真正的class形式的metaclass。
在实际的应用中,类似于使用self
和cls
代替第一个参数,我们可以将这些名字替换为更加简洁的形式:
class UpperAttrMetaclass(type): def __new__(cls, cls_name, bases, attr_dict): uppercase_attr = {} for name, val in attr_dict.items(): if name.startswith('__'): uppercase_attr[name] = val else: uppercase_attr[name.upper()] = val return type.__new__(cls, cls_name, bases, uppercase_attr)
通过应用super
,我们可以使得上面这段代码更加干净简洁,也使得继承更加容易(我们可能有metaclass继承别的一些metaclass,而这些metaclass又继承type
):
class UpperAttrMetaclass(type): def __new__(cls, cls_name, bases, attr_dict): uppercase_attr = {} for name, val in attr_dict.items(): if name.startswith('__'): uppercase_attr[name] = val else: uppercase_attr[name.upper()] = val return super(UpperAttrMetaclass, cls).__new__(cls, cls_name, bases, uppercase_attr)
Python中的任何东西都是object,这些object不是class的实例就是metaclass的实例。
当然,type
除外。
type
事实上是其自身的metaclass。
我们使用Python是无法重复这种实现的。
这一逻辑是在Python代码实现的层面定义的。
我们可以说Python中type生metaclass,metaclass生class,class生万物。