初识python元类(metaclass)

听过一句话，在python中一切皆对象，而在python3中统一了类和类型。

我们可以用type方法查看一个变量（对象）的类型，即是查看对象的类：

x=2
y='dasd'
z=[]
class Student:
    school='jjjj'
    def __init__(self,name):
        self.name=name


print(type(x),type(y),type(z),type(Student),)

#结果：<class 'int'> <class 'str'> <class 'list'> <class 'type'>

当然在了解元类之前，我们需要了解一些姿势点，方便以后运用。
1:python内置函数exec（解释：独立（在其他语言中不一定独立）执行一段python字符串代码，并留下一些东东）
exec(a,b,c) 我们一般是这样用。
　　a:要执行的字符串代码
　　b:a中可能用到的外部变量（字典格式,一般是全局的）
　　c:返回执行a后产生的名称空间（不要问我是什么,字典格式）

name='wx'
a='''
k=name
j='das'
def pp():
    pass
'''
b={'name':name}
c={}
exec(a,b,c)
print(c)
#结果：{'k': 'wx', 'j': 'das', 'pp': <function pp at 0x0569A228>} nn

2.__call__方法（类中定义这方法时，实例化出的对象被调用时会触发此方法）

class Teacher:
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print('__call__ 执行')
        print(args)
        return 444

obj=Teacher()#实例化
print(obj('llll'))#调用对象，当然也可传参

'''结果:
__call__ 执行
('llll',)
444
'''

3.__new__方法主要是当你继承一些不可变的class时(比如int, str, tuple，可变的也行)， 
提供给你一个自定义这些类的实例化过程的途径，还有就是实现自定义的metaclass。还有许多用途。
这里我们主要是用其创建一个新的对象.

class UpperStr(str):
    def __new__(cls, s):
        return super().__new__(cls,s.upper())

print(UpperStr('asdasd'))
#结果:ASDASD

class MyNew:
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
       obj=super().__new__(cls)#造一个空对象,也调用了MyNew的__init__方法
       # #为对象加个属性
       obj.new_age=kwargs.get('age')
       return obj

obj=MyNew(name='da',age=18)
print(obj,vars(obj),)
#结果：<__main__.MyNew object at 0x057D4070> {'new_age': 18, 'name': 'da'}

'''
回到正题，我们查看类type(Student)时看到的Student类的类为type，也就是说Student类是由type类产生的，
我们把产生类的类称为元类，python中默认的元类是type
当我我们定义类的时候
'''
class Student(object,metaclass=type):
    #其实这里指定了类由哪个元类产生，默认是type
    #即是Student=type(.....) 由type类实例化而来
    pass

 

'''

那我们为毛要学习元类：为了掌握一种定义类的方式，在定义类时加一下限定条件。
我们定义类时，一种方式是用关键字class
这里我们来模拟一下class创建类的过程，
首先创建类需要什么？
    1：类名
    2：基类（父类）
    3：类体代码（一堆字符串）
'''
#类名
class_name='Student'
#类的父类
class_bases=(object,)
#类体
class_body="""
school='dh'
def __init__(self,name,age):
    self.name=name
    self.age=age
def study(self):
    print('%s is studying' %self.name)
"""
#类体定义的名字都会存放于类的名称空间中，与exec相似
class_dic={}
exec(class_body,{},class_dic)
print(class_dic)
#结果{'school': 'dh', '__init__': <function __init__ at 0x04AEA2B8>, 'study': <function study at 0x04AEA270>}

 

那么调用元类type（也可以自定义）来产生类Student

'''
那么调用元类type（也可以自定义）来产生类Student
'''
Student=type(class_name,class_bases,class_dic)
print(Student,type(Student),isinstance(Student,type),Student.school)
#结果：<class '__main__.Student'> <class 'type'> True dh

通过上面产生的类过程，我们就可以自定义一个元类，即是写一个类，继承type,复写它的一些方法,如下：

 

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)
class student(object,metaclass=Mymeta):
    school = 'dh'
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def study(self):
        print('%s is studying' % self.name)

#则在定义阶段 会报错：TypeError: 类名首字母必须大写

这样就自定义了一个元类，并控制产生类的条件是类名必须是title。

当然，我们自定义的元类必须继承type，是为了继承默认元类的一堆属性。

其调用过程如下：

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):
        # self=Student
        print(self, args, kwargs)  # <class '__main__.Student'> ('alan', 18) {}
        # 1、调用self，即Student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
        # 若没有，则按属性查找方式往上找
        # 给对象加一些属性，即是调用init方法
        obj = self.__new__(self, *args, **kwargs)
        # 2、一定记得返回obj，因为实例化Student(...)取得就是__call__的返回值
        return obj


class Student(object,metaclass=Mymeta):
    school = 'dh'
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def study(self):
        print('%s is studying' % self.name)
    def __new__(cls, *args, **kwargs):

        obj = object.__new__(cls)
        obj.kkk='dasdas'
        cls.__init__(obj,*args, **kwargs)
        return obj
obj=Student('alan',18)
print(obj,vars(obj))#<__main__.Student object at 0x05514850> {'kkk': 'dasdas', 'name': 'alan', 'age': 18}

 

这样Mymeta就是我们自定义的元类，其中调用过程，Student（。。。）即是触发Student类的类（即是Mymeta）的__call__方法，而在__call__方法中调用了__new__()方法，创建了一个对象，并为对象加了一些属性，这样类Student的实例化过程就完成。

如此，我们可以在类的定义阶段对类加一些限制。

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