【python进阶】详解元类及其应用2

前言

在上一篇文章【python进阶】详解元类及其应用1中，我们提到了关于元类的一些前置知识，介绍了类对象，动态创建类，使用type创建类，这一节我们将继续接着上文来讲~~~

5.使⽤type创建带有⽅法的类

最终你会希望为你的类增加⽅法。只需要定义⼀个有着恰当签名的函数并将 其作为属性赋值就可以了。
添加实例⽅法

In [14]: def echo_bar(self):#定义了一个普通的函数
    ...:     print(self.bar)
    ...:

In [15]: FooChild = type('FooChild',(Foo,),{'echo_bar':echo_bar})

In [16]: hasattr(Foo,'echo_bar')#判断Foo类中，是否有echo_bar这个属性
Out[16]: False

In [17]: hasattr(FooChild,'echo_bar')#判断FooChild类中，是否有echo_bar这个属性
Out[17]: True

In [18]: my_foo=FooChild()
    ...:

In [19]: my_foo.echo_bar()
True

添加静态⽅法

In [20]: @staticmethod
    ...: def testStatic():
    ...:     print("static method ....")
    ...:

In [21]: Foochild=type('Foochild',(Foo,),{"echo_bar":echo_bar,"testStatic":testStatic})

In [22]: fooclid=Foochild()

In [23]: fooclid.testStatic
Out[23]: <function __main__.testStatic>

In [24]: fooclid.testStatic()
static method ....

In [25]: fooclid.echo_bar()
True

添加类⽅法

In [26]: @classmethod
    ...: def testClass(cls):
    ...:     print(cls.bar)
    ...:

In [27]: Foochild=type('Foochild',(Foo,),{"echo_bar":echo_bar,"testStatic":testStatic,"testClass":testClass})

In [28]: fooclid = Foochild()

In [29]: fooclid.testClass()
True

你可以看到，在Python中，类也是对象，你可以动态的创建类。这就是当你 使⽤关键字class时Python在幕后做的事情，⽽这就是通过元类来实现的。

6.到底什么是元类（终于到主题了）

元类就是⽤来创建类的“东⻄”。你创建类就是为了创建类的实例对象，不是吗？但是我们已经学习到了Python中的类也是对象。
元类就是⽤来创建这些类（对象）的，元类就是类的类，你可以这样理解为：

MyClass = MetaClass()#使⽤元类创建出⼀个对象，这个对象称为“类” 
MyObject = MyClass()#使⽤“类”来创建出实例对象

你已经看到了type可以让你像这样做：

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

这是因为函数type实际上是⼀个元类。type就是Python在背后⽤来创建所有类的元类。现在你想知道那为什么type会全部采⽤⼩写形式⽽不是Type呢？ 好吧，我猜这是为了和str保持⼀致性，str是⽤来创建字符串对象的类，⽽int 是⽤来创建整数对象的类。type就是创建类对象的类。你可以通过检查 __class__属性来看到这⼀点。Python中所有的东⻄，注意，我是指所有的东 ⻄——都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象， ⽽且它们都是从⼀个类创建⽽来，这个类就是type。

In [30]: age = 35

In [31]: age.__class__
Out[31]: int

In [32]: name = 'bob'

In [33]: name.__class__
Out[33]: str

In [34]: def foo():
    ...:     pass
    ...:

In [35]: foo.__class__
Out[35]: function

In [36]: class Bar(object):
    ...:     pass
    ...:

In [37]: b = Bar()

In [38]: b.__class__
Out[38]: __main__.Bar

现在，对于任何⼀个__class__的__class__属性⼜是什么呢？

In [40]: name.__class__.__class__
Out[40]: type

In [41]: age.__class__.__class__
Out[41]: type

In [42]: foo.__class__.__class__
Out[42]: type

In [43]: b.__class__.__class__
Out[43]: type

因此，元类就是创建类这种对象的东⻄。type就是Python的内建元类，当然 了，你也可以创建⾃⼰的元类。

7.__metaclass__属性

你可以在定义⼀个类的时候为其添加__metaclass__属性。

class Foo(object):
      __metaclass__ = something...
      ...省略...

如果你这么做了，Python就会⽤元类来创建类Foo。⼩⼼点，这⾥⾯有些技 巧。你⾸先写下class Foo(object)，但是类Foo还没有在内存中创建。Python 会在类的定义中寻找__metaclass__属性，如果找到了，Python就会⽤它来创建类Foo，如果没有找到，就会⽤内建的type来创建这个类。把下⾯这段话反复读⼏次。当你写如下代码时 :

In [44]: class Foo(Bar):
    ...:     pass
    ...:

Python做了如下的操作：

1. Foo中有__metaclass__这个属性吗？如果是，Python会通过 __metaclass__创建⼀个名字为Foo的类(对象) 
2. 如果Python没有找到__metaclass__，它会继续在Bar（⽗类）中寻找 __metaclass__属性，并尝试做和前⾯同样的操作。

3. 如果Python在任何⽗类中都找不到__metaclass__，它就会在模块层次 中去寻找__metaclass__，并尝试做同样的操作。

4. 如果还是找不到__metaclass__,Python就会⽤内置的type来创建这个类对象。

现在的问题就是，你可以在__metaclass__中放置些什么代码呢？答案就 是：可以创建⼀个类的东⻄。那么什么可以⽤来创建⼀个类呢？type，或者任何使⽤到type或者⼦类化type的东东都可以。

8.⾃定义元类

元类的主要⽬的就是为了当创建类时能够⾃动地改变类。通常，你会为API做 这样的事情，你希望可以创建符合当前上下⽂的类。
假想⼀个很傻的例⼦，你决定在你的模块⾥所有的类的属性都应该是⼤写形 式。有好⼏种⽅法可以办到，但其中⼀种就是通过在模块级别设定 __metaclass__。采⽤这种⽅法，这个模块中的所有类都会通过这个元类来创建，我们只需要告诉元类把所有的属性都改成⼤写形式就万事⼤吉了。
幸运的是，__metaclass__实际上可以被任意调⽤，它并不需要是⼀个正式的类。所以，我们这⾥就先以⼀个简单的函数作为例⼦开始。

python3中

#-*-coding:utf-8-*-
def upper_attr(future_class_name,future_class_parents,future_class_attr):

    #遍历属性字典，把不是__开头的属性名字变为⼤写
    newAttr = {}
    for name,value in future_class_attr.items():
        if not name.startswith("__"):
            newAttr[name.upper()] = value

    #调⽤type来创建⼀个类
    return type(future_class_name,future_class_parents,newAttr)

class Foo(object,metaclass=upper_attr):
    bar = 'bip'

print(hasattr(Foo,'bar'))
print(hasattr(Foo,'BAR'))
f = Foo()
print(f.BAR)

现在让我们再做⼀次，这⼀次⽤⼀个真正的class来当做元类。

#-*-coding:utf-8-*-
class UpperAttrMetaClass(type):

    #__new__是在__init__之前被调⽤的特殊⽅法
    #__new__是⽤来创建对象并返回之的⽅法
    #⽽__init__只是⽤来将传⼊的参数初始化给对象
    #你很少⽤到__new__，除⾮你希望能够控制对象的创建
    #这⾥，创建的对象是类，我们希望能够⾃定义它，所以我们这⾥改写__new__
    #如果你希望的话，你也可以在__init__中做些事情
    #还有⼀些⾼级的⽤法会涉及到改写__call__特殊⽅法，但是我们这⾥不⽤
    def __new__(cls,future_class_name,future_class_parents,future_class_attr):
        #遍历属性字典，把不是__开头的属性名字变为⼤写
        newAttr = {}
        for name,value in future_class_attr.items():
            if not name.startswith("__"):
                newAttr[name.upper()] = value

        #⽅法1：通过'type'来做类对象的创建
        #return type(future_class_name,future_class_parents,newAttr)
        
        #⽅法2：复⽤type.__new__⽅法
        #这就是基本的OOP编程，没什么魔法
        #return    type.__new__(cls,future_class_name,future_class_parents,future_class_attr)

        #⽅法3：使⽤super⽅法
        return super(UpperAttrMetaClass,cls).__new__(cls,future_class_name,future_class_parents,future_class_attr)

#python2的⽤法 
#class Foo(object):
#    __metaclass__ = upper_attr#设置Foo类的元类为upper_attr
#    bar = 'bip'

#python3的⽤法
class Foo(object,metaclass=upper_attr):
    bar = 'bip'

print(hasattr(Foo,'bar')) 
#输出:False 
print(hasattr(Foo,'BAR')) 
#输出:True
f = Foo()
print(f.BAR)
#输出:'bip'

就是这样，除此之外，关于元类真的没有别的可说的了。但就元类本身⽽ ⾔，它们其实是很简单的：

1. 拦截类的创建 
2. 修改类 
3. 返回修改之后的类

究竟为什么要使⽤元类？

现在回到我们的⼤主题上来，究竟是为什么你会去使⽤这样⼀种容易出错且晦涩的特性？好吧，⼀般来说，你根本就⽤不上它：
“元类就是深度的魔法，99%的⽤户应该根本不必为此操⼼。如果你想搞清楚 究竟是否需要⽤到元类，那么你就不需要它。那些实际⽤到元类的⼈都⾮常 清楚地知道他们需要做什么，⽽且根本不需要解释为什么要⽤元类。” —— Python界的领袖 Tim Peters