Python面向对象之元类
1. 元类
“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
1.1 什么是元类
- 在python中一切皆对象，那么我们用class关键字定义的类本身也是一个对象，负责产生该对象的类称之为元类，即元类可以简称为类的类
1.2 为什么用元类
- 元类是负责产生类的，所以我们学习元类或者自定义元类的目的：是为了控制类的产生过程，还可以控制对象的产生过程
1.3 class关键字创建类的底层原理
1.3.1 内置函数exec（储备知识，与类的底层实现无关）
cmd = """
x=1
print('exec函数运行了')
def func(self):
pass
"""
class_dic = {}
# 执行cmd中的代码，然后把产生的名字丢入class_dic字典中
exec(cmd, {}, class_dic)
1.3.2 class创建类的底层原理
- 创建类的3个要素：类名，基类，类的名称空间
- People = type(class_name，bases，dic)
class_name = 'People' # 类名
class_bases = (object, ) # 基类
# 类的名称空间
class_dic = {}
class_body = """
country='China'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def eat(self):
print('%s is eating' %self.name)
"""
exec(
class_body,
{},
class_dic,
)
People = type(class_name, class_bases, class_dic) # 用type产生People类的对象
p = People('zz', 18) # 实例化对象
p.eat() #调用对象方法
1.4 自定义元类控制类的创建
自定义一个元类，控制类产生，类的名称空间中必须有name字段才能创建成功，否则创建失败
class Mymeta(type):
"""自定义元类"""
def __init__(self, name, bases, dic):
super().__init__(name, bases, dic)
# 判断创建的类是否包含name字段，如果没有就抛错
if not dic.get('name'):
raise Exception('必须有name字段')
class Person(metaclass=Mymeta):
name = 'person'
print(Person.__dict__)
print(Person.name)
再例如，我们可以通过元类控制产生的类中属性名为全大写
class Mymeta(type):
def __new__(cls, name, bases, dic):
di = {}
for key, value in dic.items():
if not key.startswith('__'):
di[key.upper()] = value
return type.__new__(cls, name, bases, di)
class Person(metaclass=Mymeta):
school = 'oldboy'
name = 'zz'
print(Person.__dict__)
1.5 自定义元类控制类的调用过程
1.5.1 __call__
- 要想让obj这个对象变成一个可调用的对象，需要在该对象的类中定义一个方法：__call__方法，该方法会在调用对象时自动触发
class Foo:
def __call__(self, *args, **kwargs):
print(args)
print(kwargs)
print('__call__实现了，实例化对象可以加括号调用了')
obj = Foo()
obj('zz', age=18)
1.5.2 __new__
我们之前说类实例化第一个调用的是__init__，但__init__其实不是实例化一个类的时候第一个被调用 的方法。当使用 Persion(name, age) 这样的表达式来实例化一个类时，最先被调用的方法 其实是 __new__ 方法。
__new__方法接受的参数虽然也是和__init__一样，但__init__是在类实例创建之后调用，而 __new__方法正是创建这个类实例的方法。
注意：new() 函数只能用于从object继承的新式类。
class A:
pass
class B(A):
def __new__(cls):
print("__new__方法被执行")
return cls.__new__(cls)
def __init__(self):
print("__init__方法被执行")
b = B()
1.5.3 自定义元类控制类的调用过程(对象的产生)
自定义一个元类，定义一个类， 继承字典，使其具备点取值和赋值功能，通过元类控制对象的产生，把所有对象的属性都放到attr字典中，属性全删除
class Mymeta(type):
def __call__(self, *args, **kwargs):
obj = self.__new__(self)
obj.__init__(*args, **kwargs)
obj.__dict__['attr'] = kwargs
return obj
class Mydict(dict, metaclass=Mymeta):
def __getattr__(self, item):
return self.__dict__['attr'][item]
def __setattr__(self, key, value):
self[key] = value
self.__dict__['attr'][key] = value
di = Mydict(name='pp', age=68)
print(di)
print(di.__dict__)
print(di.name)
di.height = 180
print(di)
1.6 自定义元类后类的继承顺序
结合python继承的实现原理+元类重新看属性的查找应该是什么样子呢？？？
在学习完元类后，其实我们用class自定义的类也全都是对象（包括object类本身也是元类type的 一个实例，可以用type(object)查看），我们学习过继承的实现原理，如果把类当成对象去看，将下述继承应该说成是：对象OldboyTeacher继承对象Foo，对象Foo继承对象Bar，对象Bar继承对象object
class Mymeta(type): # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
n = 444
def __call__(self, *args,
**kwargs): #self=<class '__main__.OldboyTeacher'>
obj = self.__new__(self)
self.__init__(obj, *args, **kwargs)
return obj
class Bar(object):
n = 333
class Foo(Bar):
n = 222
class OldboyTeacher(Foo, metaclass=Mymeta):
n = 111
school = 'oldboy'
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
def say(self):
print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' % self.name)
print(
OldboyTeacher.n
) # 自下而上依次注释各个类中的n=xxx，然后重新运行程序，发现n的查找顺序为OldboyTeacher->Foo->Bar->object->Mymeta->type
- 查找顺序：
- 先对象层：OldoyTeacher->Foo->Bar->object
- 然后元类层：Mymeta->type
依据上述总结，我们来分析下元类Mymeta中__call__里的self.__new__的查找
class Mymeta(type):
n = 444
def __call__(self, *args,
**kwargs): #self=<class '__main__.OldboyTeacher'>
obj = self.__new__(self)
print(self.__new__ is object.__new__) #True
class Bar(object):
n = 333
# def __new__(cls, *args, **kwargs):
# print('Bar.__new__')
class Foo(Bar):
n = 222
# def __new__(cls, *args, **kwargs):
# print('Foo.__new__')
class OldboyTeacher(Foo, metaclass=Mymeta):
n = 111
school = 'oldboy'
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
def say(self):
print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' % self.name)
# def __new__(cls, *args, **kwargs):
# print('OldboyTeacher.__new__')
OldboyTeacher('nick',
18) # 触发OldboyTeacher的类中的__call__方法的执行，进而执行self.__new__开始查找
总结，Mymeta下的__call__里的self.__new__在OldboyTeacher、Foo、Bar里都没有找到__new__的情况下，会去找object里的__new__，而object下默认就有一个__new__，所以即便是之前的类均未实现__new__,也一定会在object中找到一个，根本不会、也根本没必要再去找元类Mymeta->type中查找__new__
