元类（metaclass）
一、储备知识exec
储备知识exec：有下面三个参数
参数一：字符串形式的命令
参数二：全局作用域（字典形式），如果不指定默认使用globals()
参数三：局部作用域(字典形式)，如果不指定默认就使用locals()
# 格式：exec(object, globals, locals) # 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、类也是对象，一切皆对象
class Foo: pass f1=Foo() #f1是通过Foo类实例化的对象
python一切皆对象，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，对象可以怎么用？
1、都可以被引用，x=obj（类赋值给一个变量）
2、都可以当作函数的参数传入（类作为函数参数进行传递）
3、都可以当作函数的返回值（把类作为函数的返回值）
4、都可以当作容器类的元素，l=[func, time, obj, 1] （在运行时动态地创建类）
换句话说，符合上述条件就是一个对象，如果类Foo本身就是对象，那需要探究Foo是由哪个类产生的。
#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、元类概念
元类是类的类，是类的模板
元类作用：是控制如何创建类的，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的一个内建元类，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
1、使用class关键字
class Chinese: # 这个类其实是元类实例化的一个对象 country = 'China' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def talk(self): print('%s is talking' % self.name)
2、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' #类的父类 class_bases=(object,) #类体 class_body=""" country='China' def __init__(self,name,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过程类似，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) #{'country': 'China', 'talk': <function talk at 0x101a560c8>, '__init__': <function __init__ at 0x101a56668>}
步骤二：调用元类type（也可以自定义）来产生类Chinese
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))
'''
<class '__main__.Chinese'>
<class 'type'>
True
'''
type接收三个参数：
-
第 1 个参数是字符串 ‘Foo’，表示类名
-
第 2 个参数是元组 (object, )，表示所有的父类
-
第 3 个参数是字典，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（顺便我们也可以瞅一瞅元类如何控制类的行为，工作流程是什么）
egon5步学会元类：
知识储备： 产生的新对象 = object.__new__(继承object类的子类)
步骤一：如果People=type(类名，类的父类们，类的名称空间)，自定义元类控制类创建如下：
class Mymeta(type): # 继承默认元类的一堆属性 def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic): if '__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：先学习储备__call__方法，才能控制类实例化行为
__call__()的作用是使实例能够像函数一样被调用，同时不影响实例本身的生命周期（__call__()不影响一个实例的构造和析构）。
__call__()可以用来改变实例的内部成员的值。
class Foo: pass obj=Foo() obj() # 没有__call__方法前，obj() 报错：TypeError: 'Foo' object is not callable（不可调用） class Foo: def __call__(self, *args, **kwargs): print(self) print(args) print(kwargs) pass obj=Foo() obj(1, 2, 3, a=1, b=2, c=3) """ <__main__.Foo object at 0x101eb6390> (1, 2, 3) {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3} """
class People(object,metaclass=type): def __init__(self,name,age): self.name=name self.age=age def __call__(self, *args, **kwargs): print(self,args,kwargs) # 调用类People，并不会出发__call__ obj=People('egon',18) # 调用对象obj(1,2,3,a=1,b=2,c=3)，才会出发对象的绑定方法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 0x10076dd30> (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): # 自定义元类，大多数属性依然是继承的type def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic): # print(class_name) # 类名：Chinese # print(class_bases) # 基类：(<class 'object'>,) # print(class_dic) # 类的名称空间：{'__module__': '__main__', '__qualname__': 'Chinese', 'country': 'China', '__init__': <function Chinese.__init__ at 0x101f201e0>, 'talk': <function Chinese.talk at 0x101f20378>} # 自订制控制类的行为 if not class_name.istitle(): # istitle()判断首字母大写 raise TypeError('类名的首字母必须大写')# 主动报错的关键字是raise if '__doc__' not in class_dic or not class_dic['__doc__'].strip(): raise TypeError("必须有注释，且注释不能为空") super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic) # 重用父类功能 def __call__(self, *args, **kwargs): # obj = Chinese('egon',age=18) print(self) # self = Chinese print(args) # args = ('egon',) print(kwargs) # kwargs = {'age': 18} # 第一件事：实例化先造一个空对象obj obj = object.__new__(self) # 第二件事：初始化obj self.__init__(obj, *args, **kwargs) # 第三件事：返回obj return obj class Chinese(object, metaclass=Mymeta): # 元类为Mymeta的类的创建可受人控制 """ 中国人的类 """ country = 'China' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def talk(self): print('%s is talking' % self.name) # obj = Chinese('egon', 18) # Chinese.__call__(Chinese, 'egon', 18) obj = Chinese('egon', age=18) # 实例化的行为 """ <class '__main__.Chinese'> ('egon',) {'age': 18} """
步骤四：
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=People print(self,args,kwargs) #<class '__main__.People'> ('egon', 18) {} #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__) #{'name': 'egon', 'age': 18}
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,就没必要重复产生对象,浪费内存
方式一：
class MySQL: __instance = None # 实例化后改为了__instance = obj1 def __init__(self): self.host = '127.0.0.1' self.port = 3306 @classmethod def singleton(cls): if not cls.__instance: obj = cls() cls.__instance = obj return cls.__instance def conn(self): pass def execute(self): pass # obj1 = MySQL() # obj2 = MySQL() # # print(obj1) # print(obj2) obj1 = MySQL.singleton() obj2 = MySQL.singleton() obj3 = MySQL.singleton() print(obj1 is obj3) """ True """
方式二：
class Mymeta(type): def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic): if not class_name.istitle(): # istitle()判断首字母大写 raise TypeError('类名的首字母必须大写') # 主动报错的关键字是raise if '__doc__' not in class_dic or not class_dic['__doc__'].strip(): raise TypeError("必须有注释，且注释不能为空") super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic) # 重用父类功能 self.__instance = None def __call__(self, *args, **kwargs): # obj = Chinese('egon',age=18) if not self.__instance: obj=object.__new__(self) # self:Mysql self.__init__(obj) self.__instance=obj return self.__instance class Mysql(object, metaclass=Mymeta): """ mysql """ def __init__(self): self.host = '127.0.0.1' self.port = 3306 def conn(self): pass def execute(self): pass obj1 = Mysql() obj2 = Mysql() obj3 = Mysql() print(obj1 is obj2 is obj3) # "True"
方式三：
#settings.py文件内容如下 HOST='1.1.1.1' PORT=3306 import settings def singleton(cls): #cls=Mysql _instance=cls(settings.HOST,settings.PORT) def wrapper(*args,**kwargs): if args or kwargs: obj=cls(*args,**kwargs) return obj return _instance return wrapper @singleton # Mysql=singleton(Mysql) class Mysql: def __init__(self,host,port): self.host=host self.port=port obj1=Mysql() obj2=Mysql() obj3=Mysql() print(obj1 is obj2 is obj3) #True obj4=Mysql('1.1.1.3',3307) obj5=Mysql('1.1.1.4',3308) print(obj3 is obj4) #False
