python面向对象:元类
一 知识储备
exec:三个参数 参数一:字符串形式的命令 参数二:全局作用域(字典形式) 参数三:局部作用域(字典形式)
exec的使用
# 可以把exec命令的执行当成是一个函数的执行,会将执行期间产生的名字存放于局部名称空间中 g = { 'x': 1, 'y': 2 } l = {} exec(''' global x, z x = 100 z = 200 m = 300 ''', g, l) print(g) # {'x': 100, 'y': 2,'z':200,......} print(l) #{'m': 300}
二 引子(类也是对象)
class Foo: pass f1 = Foo() # f1 是通过Foo()实例化对象
python中一切皆是对象,类本身也是一个对象,当使用关键字class的时候,python解释器在加载class的时候就会创建一个对象(这里的对象指的是类而非类的实例),因而我们可以将类当作一个对象去使用,同样满足第一类对象的概念,可以:
把类赋值给一个变量
把类作为函数的返回值
在运行时动态地创建类
上例可以看出f1是由Foo这个类产生的对象,而Foo本身也是对象,那它又是哪个类产生的呢?
# type函数可以查看类型,也可以用来查看对象的类,二者是一样的 print(type(f1)) # 输出:<class '__main__.Foo'> 表示,obj 对象由Foo类创建 print(type(Foo)) # 输出:<type 'type'>
三 什么是元类?
元类是类的类,是类的模板
元类是用来控制如何创建类的,正如类是创建对象的模板一样,而元类的主要目的是为了控制类的创建行为
元类的实例化的结果为我们用class定义的类,正如类的实例为对象(f1对象是Foo类的一个实例,Foo类是type类的一个实例)
type是python的内建元类,用来直接控制生成类,python中任何class定义的类其实都是type类实例化的对象
四 创建类的两种方式
方式一:使用class关键字
class Chinse(object): country = 'China' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def talk(self): print('%s is talking' % self.name)
方式二:就是手动模拟class创建类的过程,将创建类的步骤拆分开,手动去创建
#准备工作: #创建类主要分为三部分 1 类名 2 类的父类 3 类体 # 类名 class_name = 'Chinese' # 类的父亲 class_bases = (object, ) # 类体 class_body = """ country = 'China' def __init__(self, home, age): self.name = name self.age = age def talk(self): print('%s is talking' % self.name) """
步骤一(先处理类体->名称空间):类体定义的名字都会存放于类的名称空间中(一个局部的名称空间),我们可以事先定义一个空字典,然后用exec去执行类体的代码(exec产生名称空间的过程与真正的class过程类型,只是后者会将__开头的属性变形),生成类的局部名称空间,即填充字典
class_dic = {} exec(class_body, globals(), class_dic) print(class_dic)
步骤二:调用元类type(也可以自定义)来产生类Chinense
Foo = type(class_name, class_bases, class_dic) # 实例化type,得到对象Foo,即我们用class定义的类Foo print(Foo) print(type(Foo)) print(isinstance(Foo, type))
我们看到,type接收三个参数:
- 第1个参数时字符串‘Foo’, 表示类名
- 第2个参数时元组(object,)表示所有的父类
- 第3个参数时字典,这里是一个空字典,表示没有定义属性和方法
补充:若Foo类有继承,即class Foo(Bar)。。。则等同于type(‘Foo‘,(Bar,),{})
五 自定义元类控制类的行为
# 一个类没有声明自己的元类,默认他的元类就是type,除了使用元类type,用户也可以通过继承type来自定义元类(顺便也可以瞅瞅元类如何控制类的行为,工作流程是什么)
5步带你学会元类:
# 步骤一:如果People=type(类名,类的父类们,类的名称空间),那么我们定义元类如下,来控制类的创建 class Mymeta(type): # 继承默认元类的一堆属性 def __init__(self, name, class_bases,class_dic): if '__doc__' not in class_dic or not class_dic.get('__doc__').strip(): raise TypeError('必须为类指定文档注释') if not class_name.istitle(): raise TypeError('类名首字母必须大写') super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,class_dic) class People(object, metaclass=Mymeta): country = 'China' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def talk(self): print('%s is talking' % self.name) # 步骤二:如果我们想控制类实例化的行为,那么需要先储备知识__call__方法的使用 class People(object, metaclass=type): # country = 'China' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def __call__(self, *args, **kwargs): print(self, args, kwargs) def talk(self): print('%s is talking' % self.name) # # # 调用People,并不会触发__call__ obj = People('egon', 18) # # # 调用对象obj(1,2,3,a=1,b=2,c=3),才会触发对象的绑定方法obj.__call__(1,2,3,a=1,b=2,c=3) obj(1, 2, 3, a=1, b=2, c=3) # 打印:<__main__.People object at 0x0000000009CCD3C8> (1, 2, 3) {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3} # 总结:如果说类People是元类type的实例,那么在元类type内肯定也有一个__call__,会在调用People('egon',18)时触发执行,然后返回一个初始化好了的对象obj # 步骤三:自定义元类,控制类的调用(即实例化)的过程 class Mymeta(type): # 继承默认元类的一堆属性 def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic): if not class_name.istitle(): raise TypeError('类名首字母必须大写') super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic) def __call__(self, *args, **kwargs): print(self, args,kwargs) # <class '__main__.People'> ('egon', 18) {} # 1.实例化People,产生空对象obj obj = object.__new__(self) # 2、调用People下的函数__init__,初始化obj self.__init__(obj, *args, **kwargs) #3、返回初始化好了的obj return obj class People(object, metaclass=Mymeta): country = 'China' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def talk(self): print('%s is talking' % self.name) obj = People('egon', 18) print(obj.__dict__) # {'name':'egon', 'age':18} # 步骤四: class Mymeta(type): # 继承默认元类的一堆属性 def __init__(self, name, class_bases,class_dic): if not class_name.istitle(): raise TypeError('类名首字母必须大写') super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic) def __call__(self, *args, **kwargs): print(self, args, kwargs) # 1、调用self,即PeoPle下的函数__new__,在该函数内完成:1、产生空对象obj,2、初始化 3、返回obj obj = self.__new__(self, *args, **kwargs) # 2、一定记得返回obj,因为实例化People(....)取得就是__call__的返回值 return obj class People(object,metaclass=Mymeta): country = 'china' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def talk(self): print('%s is talking' % self.name) def __new__(cls, *args, **kwargs): obj = object.__new__(cls) cls.__init__(obj, *args, **kwargs) return obj obj = People('egon', 18) print(obj.__dict__) # 步骤五:基于元类实现单例模式,比如数据库对象,实例化时参数都一样,就没有必要重复产生对象,浪费内存 class Mysql: __instance = None def __init__(self, host = '127.0.0.1', port = '3306'): self.host = host self.port = port @classmethod def singleton(cls, *args, **kwargs): if not cls.__instance: cls.__instance=cls(*args, **kwargs) return cls.__instance obj1 = Mysql() obj2 = Mysql() print(obj1 is obj2) # False obj3 = Mysql.singleton() obj4 = Mysql.singleton() print(obj3 is obj4) # True # 应用:定制元类实现单例模式 class Mymeta(type): def __init__(self, name, bases, dic): # 定义类Mysql时就触发 self.__instance = None super().__init__(name, bases, dic) def __call__(self, *args, **kwargs): # Mysql(....)时触发 if not self.__instance: self.__instance = object.__new__(self) # 产生对象 self.__init__(self.__instance, *args, **kwargs) # 初始化对象 # 上述两步可以合成下面一步 # self.__instance = super().__call__(*args, **kwargs) return self.__instance class Mysql(metaclass=Mymeta): def __init__(self, host = '127.0.0.1', port='3306'): self.host = host self.port = port obj1 = Mysql() obj2 = Mysql() print(obj1 is obj2)
六 练习题
练习题一:在元类中控制把自定义类的数据属性都变成大写
# 练习题一:在元类中控制把自定义类的数据属性都变成大写 class Mymetaclass(type): def __new__(cls, name, bases, attrs): update_attrs = {} for k, v in attrs.items(): if not callable(v) and not k.startswith('__'): update_attrs[k.upper()] = v else: update_attrs[k] = v return type.__new__(cls, name, bases, update_attrs) class Chinese(metaclass=Mymetaclass): country = 'China' tag = 'Legend of the Dragon' # 龙的传人 def walk(self): print('%s is walking' % self.name) print(Chinese.__dict__)
练习题二:在元类中控制自定义的类无需init方法
1.元类帮其完成创建对象,以及初始化操作
2.要求实例化时传参必须为关键字形式,否则抛出异常TypeError: must use keyword argument
3.key作为用户自定义类产生对象的属性,且所有属性变成大写
class Mymetaclass(type): # def __new__(cls, name, bases, attrs): # update_attrs = {} # for k, v in attrs.items(): # if not callable(v) and not k.startswith('__'): # update_attrs[k.upper()] = v # else: # update_attrs[k] = v # return type.__new__(cls, name, bases, update_attrs) def __call__(self, *args, **kwargs): if args: raise TypeError('must use keyword argument for key function') obj = object.__new__(self) # 创建对象,self为类Foo for k, v in kwargs.items(): obj.__dict__[k.upper()] = v return obj class Chinese(metaclass=Mymetaclass): country = 'China' tag = 'Legend of the Dragon' # 龙的传人 def walk(self): print('%s is walking' % self.name) p = Chinese(name = 'egon', age=18, sex='male') print(p.__dict__)