元类与面向切面编程

元类

在 Python中，实例对象是由类生成的，而类本身也是可以被传递和自省的对象。那么类对象是用什么创建和生成的呢？答案是元类，元类就是一种知道如何创建和管理类的对象。

让我们回顾一个内置函数type()，type不仅可以返回对象的类型，而且可以使用类名称、基类元组、类主体定义的字典作为参数来创建一个新类对象：

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>>> Foo = type('Foo',(object,),{'foo':lambda self:'foo'}) >>> Foo <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'>

实际上，新型类的默认元类就是type，类可以用__metaclass__类变量显示的指定元类，上述代码功能与下述相同：

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class Foo():     __metaclass__ = type       def foo(self):         return 'foo'

如果没有显式的指定元类，class语句会检查基类元组中的第一个基类的元类，比如新型类都是继承object类的，所以新型类与object类的元类相同，为type，继承object而不显式的指定元类：

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class Foo(object):     def foo(self):         return 'foo'

如果没有指定基类，class语句会检查全局变量__metaclass__，如果没有找到__metaclass__值，Python会使用默认的元类。

在python 2中，默认的元类是types.ClassType，就是所谓的旧样式类。python2.2以后已不提倡使用，比如不指定元类并且不继承object基类：

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class Foo():     def foo(self):         return 'foo'

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>>> import types >>> isinstance(Foo, types.ClassType) True

python 3以后，默认的元类皆为type了，显式定义元类的时候需要在基类元组中提供metaclass关键字，class Foo(metaclass=type)如此定义。

 使用元类的时候，一般会自定义一个继承自type的子类，并重新实现__init__()与__new__()方法：

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class ExampleType(type):     def __new__(cls, name, bases, dct):         print 'create class %s'%name         return type.__new__(cls, name, bases, dct)       def __init__(cls, name, bases, dct):         print 'Init class %s'%name         type.__init__(cls, name, bases, dct)   class Foo(object):     __metaclass__ = ExampleType   >>> create class Foo Init class Foo >>> Foo <class '__main__.Foo'>

可见，使用class语句定义类后，元类就使用传递给元类的类名称、基类元组和类方法字典创建类。

因为元类创建的实例是类对象，所以__init__方法的第一个参数按惯例写为cls，其实与self功能相同。

面向切面编程

在运行时，动态地将代码切入到类的指定方法、指定位置上的编程称为面向切面的编程(AOP)。

简单地说，如果不同的类要实现相同的功能，可以将其中相同的代码提取到一个切片中，等到需要时再切入到对象中去。这些相同的代码片段称为切面，而切入到哪些类、哪些方法则叫切入点。

比如，要为每个类方法记录日志，在python中一个可行的方法是使用装饰器：

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def trace(func):     def callfunc(self, *args, **kwargs):         debug_log = open('debug_log.txt', 'a')         debug_log.write('Calling %s: %s ,%s\n'%(func.__name__, args, kwargs))         result = func(self, *args, **kwargs)         debug_log.write('%s returned %s\n'%(func.__name__, result))         debug_log.close()         return result     return callfunc   def logcls(cls):     for k, v in cls.__dict__.items():         if k.startswith('__'):             continue         if not callable(v):             continue         setattr(cls, k, trace(v))     return cls   @logcls class Foo(object):     num = 0       def spam(self):         Foo.num += 1         return Foo.num

另外一个可行的方法就是使用元类了：

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def trace(func):     def callfunc(self, *args, **kwargs):         debug_log = open('debug_log.txt', 'a')         debug_log.write('Calling %s: %s ,%s\n'%(func.__name__, args, kwargs))         result = func(self, *args, **kwargs)         debug_log.write('%s returned %s\n'%(func.__name__, result))         debug_log.close()         return result     return callfunc     class LogMeta(type):     def __new__(cls, name, bases, dct):         for k, v in dct.items():             if k.startswith('__'):                 continue             if not callable(v):                 continue             dct[k] = trace(v)         return type.__new__(cls, name, bases, dct)     class Foo(object):     __metaclass__ = LogMeta     num = 0       def spam(self):         Foo.num += 1         return Foo.num

元类的一个主要用途就是检查收集或者更改类定义的内容，包括类属性、类方法、描述符等等。

元类与基类

元类中除了可以定义__init__和__new__方法外，还可以定义其它的属性和方法：

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class ExaMeta(type):     name = 'ExaMeta'     def get_cls_name(cls):         print cls.__name__     class Foo(object):     __metaclass__ = ExaMeta

那么，类可不可以访问元类定义的方法和属性呢？

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>>> Foo.get_cls_name() Foo >>> Foo.name 'ExaMeta'

这很好理解，类Foo是元类的一个实例，在实例的__dict__中查找不到要查询的属性时，就会到实例所属的类字典中去查找，而元类正是定义类Foo的类。

可以再尝试下使用类Foo的实例去访问元类的属性或者方法：

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>>> Foo().get_cls_name() AttributeError: 'Foo' object has no attribute 'get_cls_name' >>> Foo().name AttributeError: 'Foo' object has no attribute 'name'

显然不能访问。

查找一个不与实例关联的属性时，即先在实例的类中查找，然后再在从所有的基类中查找，查找的顺序可以用__mro__属性查看：

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1 2	>>> Foo.__mro__ (<class '__main__.Foo'>, <type 'object'>)

元类并不在其中，毕竟，类与元类不是继承关系，而是实例与类的创造关系。

元类属性的可用性是不会传递的，也就是说，元类的属性是对它的类实例是可用的，但是对它的类实例的实例是不可用的，这正是元类与基类的主要不同。

有时候，一个类会同时有元类和基类：

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class M(type):     name = 'M'   class B(object):     name = 'B'   class A(B):     __metaclass__ = M

属性访问是这样的：

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>>> A.name 'B' >>> A().name 'B'

可见类会先到继承的基类中去查找属性。

元类冲突

假如有两个不同元类的类，要生成一个继承这两个类的子类，会产生什么情况呢？

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class MA(type):     pass   class A(object):     __metaclass__ = MA   class MB(type):     pass   class B(object):     __metaclass__ = MB   class C(A, B):     pass

结果会报错，提示元类冲突：

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1 2	TypeError: Error when calling the metaclass bases     metaclass conflict: the metaclass of a derived class must be a (non-strict) subclass of the metaclasses of all its bases

我们需要手动构造新子类的元类，让新子类的元类继承自A和B的元类：

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class MC(MA, MB):     pass   class C(A, B):     __metaclass__ = MC