Python中的元类(metaclass)
作者：互联网
一、什么是元类
元类(metaclass) ：就是创建类的类。
这么说可能不太好理解，下面我们来解释下上面这句话：
在⼤多数编程语⾔中，类就是⼀组⽤来描述如何⽣成⼀个对象的代码段，在python中也不例外。 实例对象是由类生成的，而python中，类本身也是可以被传递和自省的对象。 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，也可以叫做类生成器。
所有的对象都是实例化或者说调用类而得到的（调用类的过程称为类的实例化),python内置了一个方法可以看到类对象的类，就是type,：
查看对象的类型：
查看类的类型
结果为<class 'type'>，证明是调用了type这个元类而产生的StanfordTeacher，即默认的元类为type，是不是有些惊讶
于是我们可以推导出：
二、class关键字创建类的流程分析
上文我们基于python中一切皆为对象的概念分析出：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（元类可以简称为类的类），内置的元类为type
class关键字在帮我们创建类时，必然帮我们调用了元类StanfordTeacher=type(...)，那调用type时传入的参数是什么呢？必然是类的关键组成部分，一个类有三大组成部分，分别是：
1、类名class_name='StanfordTeacher' 2、基类们class_bases=(object,) 3、类的名称空间class_dic，类的名称空间是执行类体代码而得到的
调用type时会依次传入以上三个参数
type可以接受一个类的描述作为参数，然后返回一个类。type可以像这样工作：
type(类名, 由父类名称组成的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性的字典（名称和值）)
比如下面的代码：
可以手动像这样创建：
那么class关键字底层的做了哪些事?
# 1、先拿到一个类名
class_name = "OldboyTeacher"
# 2、然后拿到类的父类
class_bases = (object,)
# 3、再运行类体代码，将产生的名字放到名称空间中
class_dic = {}
class_body = """
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)
"""
exec(class_body,{},class_dic)
# print(class_dic)
# 4、调用元类（传入类的三大要素：类名、基类、类的名称空间）得到一个元类的对象，然后将元类的对象赋值给变量名OldboyTeacher,oldboyTeacher就是我们用class自定义的那个类
OldboyTeacher = type(class_name,class_bases,class_dic)
综上，class关键字帮我们创建一个类应该细分为以下四个过程
三、到底什么是元类
元类就是用来创建类的“东西”。你创建类就是为了创建类的实例对象，不是吗？但是我们已经学习到了Python中的类也是对象。
元类就是用来创建这些类（对象）的，元类就是类的类，你可以这样理解为：
MyClass = MetaClass() #使用元类创建出一个对象，这个对象称为“类” MyObject = MyClass() #使用“类”来创建出实例对象
你已经看到了type可以让你像这样做：
MyClass = type('MyClass', (), {})
这是因为函数type实际上是一个元类。type就是Python在背后用来创建所有类的元类。type就是创建类对象的类。你可以通过检查__class__属性来看到这一点。Python中所有的东西，注意，我是指所有的东西——都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象，而且它们都是从一个类创建而来，这个类就是type。
四、 自定义元类控制类的创建
一个类没有声明自己的元类，默认他的元类就是type，除了使用内置元类type，我们也可以通过继承type来自定义元类，然后使用metaclass关键字参数为一个类指定元类
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
pass
# StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
自定义元类可以控制类的产生过程，类的产生过程其实就是元类的调用过程,即
StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})，
调用Mymeta会先产生一个空对象StanfordTeacher，
然后连同调用Mymeta括号内的参数一同传给Mymeta下的__init__方法，完成初始化，
于是我们可以自定义元类来控制StanfordTeacher类的产生：如下示例
1.自定义元类来控制StanfordTeacher类的产生
import re
class Mymeta(type): # 只有继承了type类的类才是自定义的元类
def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
# print(self) # 类<class '__main__.StanfordTeacher'>
# print(class_name)
# print(class_bases)
# print(class_dic)
if not re.match("[A-Z]", class_name):
raise BaseException("类名必须用驼峰体")
if len(class_bases) == 0:
raise BaseException("至少继承一个父类")
# print("文档注释：",class_dic.get('__doc__'))
doc=class_dic.get('__doc__')
if not (doc and len(doc.strip()) > 0):
raise BaseException("必须要有文件注释，并且注释内容不为空")
# StanfordTeacher = Mymeta("StanfordTeacher",(object,),{...})
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
"""
adsaf
"""
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)
自定义元类来控制StanfordTeacher类的调用:
储备知识：__call__
class Foo:
def __call__(self, *args, **kwargs):
print(self)
print(args)
print(kwargs)
obj=Foo()
#1、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
#2、调用obj的返回值就是__call__方法的返回值
res=obj(1,2,3,x=1,y=2)
由上例得知，调用一个对象，就是触发对象所在类中的__call__方法的执行，如果把StanfordTeacher也当做一个对象，那么在StanfordTeacher这个对象的类中也必然存在一个__call__方法
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
def __call__(self, *args, **kwargs):
print(self) #<class '__main__.StanfordTeacher'>
print(args) #('lili', 18)
print(kwargs) #{}
return 123
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
# 调用StanfordTeacher就是在调用StanfordTeacher类中的__call__方法
# 然后将StanfordTeacher传给self,溢出的位置参数传给*，溢出的关键字参数传给**
# 调用StanfordTeacher的返回值就是调用__call__的返回值
t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1) #123
默认地，调用t1=StanfordTeacher('lili',18)会做三件事:
1、产生一个空对象obj 2、调用__init__方法初始化对象obj 3、返回初始化好的obj
对应着，StanfordTeacher类中的__call__方法也应该做这三件事:
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
def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
#1、调用__new__产生一个空对象obj
obj=self.__new__(self) # 此处的self是类OldoyTeacher，必须传参，代表创建一个StanfordTeacher的对象obj
#2、调用__init__初始化空对象obj
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
#3、返回初始化好的对象obj
return obj
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1.__dict__) #{'name': 'lili', 'age': 18}
上例的__call__相当于一个模板，我们可以在该基础上改写__call__的逻辑从而控制调用StanfordTeacher的过程，比如将StanfordTeacher的对象的所有属性都变成私有的
import re
class Mymeta(type): # 只有继承了type类的类才是自定义的元类
def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
# print(self) # 类<class '__main__.StanfordTeacher'>
# print(class_name)
# print(class_bases)
# print(class_dic)
if not re.match("[A-Z]", class_name):
raise BaseException("类名必须用驼峰体")
if len(class_bases) == 0:
raise BaseException("至少继承一个父类")
# print("文档注释：",class_dic.get('__doc__'))
doc = class_dic.get('__doc__')
if not (doc and len(doc.strip()) > 0):
raise BaseException("必须要有文件注释，并且注释内容不为空")
# res = StanfordTeacher('egon',18)
def __call__(self, *args, **kwargs):
# 1、先创建一个老师的空对象
tea_obj = object.__new__(self)
# 2、调用老师类内的__init__函数，然后将老师的空对象连同括号内的参数的参数一同传给__init__
self.__init__(tea_obj, *args, **kwargs)
tea_obj.__dict__ = {"_%s__%s" %(self.__name__,k): v for k, v in tea_obj.__dict__.items()}
# 3、将初始化好的老师对象赋值给变量名res
return tea_obj
# StanfordTeacher = Mymeta("StanfordTeacher",(object,),{...})
class StanfordTeacher(object, metaclass=Mymeta):
"""
adsaf
"""
school = 'oldboy'
# tea_obj,'egon',18
def __init__(self, name, age):
self.name = name # tea_obj.name='egon'
self.age = age # tea_obj.age=18
def say(self):
print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' % self.name)
res = StanfordTeacher('egon', 18)
print(res.__dict__)
# print(res.name)
# print(res.age)
# print(res.say)
# 调用StanfordTeacher类做的事情：
# 1、先创建一个老师的空对象
# 2、调用老师类内的__init__方法，然后将老师的空对象连同括号内的参数的参数一同传给__init__
# 3、将初始化好的老师对象赋值给变量名res
最后说明一点
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 __new__(cls, *args, **kwargs):
obj=type.__new__(cls,*args,**kwargs) # 必须按照这种传值方式
print(obj.__dict__)
# return obj # 只有在返回值是type的对象时，才会触发下面的__init__
return 123
def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
print('run。。。')
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta): #StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
n=111
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
print(type(Mymeta)) #<class 'type'>
# 产生类StanfordTeacher的过程就是在调用Mymeta，而Mymeta也是type类的一个对象，那么Mymeta之所以可以调用，一定是在元类type中有一个__call__方法
# 该方法中同样需要做至少三件事：
# class type:
# def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.Mymeta'>
# obj=self.__new__(self,*args,**kwargs) # 产生Mymeta的一个对象
# self.__init__(obj,*args,**kwargs)
# return obj
五、元类冲突
假如有两个不同的元类，要生成一个继承这两个类的子类，会产生什么情况呢？
这时会报错， 元类冲突。
我们需要手动构造新的子类元类，让新的子类元类继承自A和B的元类：
六、元类的应用
应用元类之前我们首先要知道使用元类编程的缺点：
实现麻烦 代码可读性不高 不易维护
其实在开头引用TimPeters的话就说明，不要随意在生产代码中使用元类，而且现有的编码规范也极不推荐使用。
就元类本身而言，它的作用是：
拦截类的创建 修改类 返回修改之后的类
使用元类还是有一些好处的：
意图更加明确。当然你的metaclass名字要起好 面向对象。可以隐式继承到子类 可以更好地组织代码 可以用__new__，__init__,__call__等方法更好地控制
七、在Python当中，__call__,__new__,__init__三者之间的关系
在类实例化的过程当中，哪个对象加()就寻找产生这个对象的类的__call__方法，只要是__call__方法，一定会做三件事情：
第一：调用__new__方法，构造新的对象，相当于Java当中的构造函数.（对象自己的__new__） 第二：调用__init__方法,去初始化这个对象（对象自己的__init__） 第三：返回这个对象.
注意:__new__更像是其他语言当中的构造函数，必须有返回值，返回值实例化的对象，__init__只是初始化构造函数，必须没有返回值，仅仅只是初始化功能，并不能new创建对象.
也就是说,一个类在实例化的时候实际上是做了三件事情：
第一：触发元类中（造出这个类的类）的__call__方法 第二：通过__new__产生一个空对象 第三：通过__init__初始化这个对象 第四：返回这个对象
类在实例化对象的时候函数的调用顺序依次是:
__call__==>__new__==>__init__
八、练习：
1、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__)
'''
{'__module__': '__main__',
'COUNTRY': 'China',
'TAG': 'Legend of the Dragon',
'walk': <function Chinese.walk at 0x0000000001E7B950>,
'__dict__': <attribute '__dict__' of 'Chinese' objects>,
'__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'Chinese' objects>,
'__doc__': None}
'''
2、在元类中控制自定义的类不使用__init__方法完成以下
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='lili',age=18,sex='male')
print(p.__dict__)
3、在元类中控制自定义的类产生的对象相关的属性全部为隐藏属性
class Mymeta(type):
def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
#控制类Foo的创建
super(Mymeta,self).__init__(class_name,class_bases,class_dic)
def __call__(self, *args, **kwargs):
#控制Foo的调用过程，即Foo对象的产生过程
obj = self.__new__(self)
self.__init__(obj, *args, **kwargs)
obj.__dict__={'_%s__%s' %(self.__name__,k):v for k,v in obj.__dict__.items()}
return obj
class Foo(object,metaclass=Mymeta): # Foo=Mymeta(...)
def __init__(self, name, age,sex):
self.name=name
self.age=age
self.sex=sex
obj=Foo('lili',18,'male')
print(obj.__dict__)
4、基于元类实现单例模式
# 单例：即单个实例，指的是同一个类实例化多次的结果指向同一个对象，用于节省内存空间 # 如果我们从配置文件中读取配置来进行实例化，在配置相同的情况下，就没必要重复产生对象浪费内存了 #settings.py文件内容如下 HOST='1.1.1.1' PORT=3306
方式一:定义一个类方法实现单例模式
import settings
class Mysql:
__instance=None
def __init__(self,host,port):
self.host=host
self.port=port
@classmethod
def singleton(cls):
if not cls.__instance:
cls.__instance=cls(settings.HOST,settings.PORT)
return cls.__instance
obj1=Mysql('1.1.1.2',3306)
obj2=Mysql('1.1.1.3',3307)
print(obj1 is obj2) #False
obj3=Mysql.singleton()
obj4=Mysql.singleton()
print(obj3 is obj4) #True
方式二：定制元类实现单例模式
import settings
class Mymeta(type):
def __init__(self,name,bases,dic): #定义类Mysql时就触发
# 事先先从配置文件中取配置来造一个Mysql的实例出来
self.__instance = object.__new__(self) # 产生对象
self.__init__(self.__instance, settings.HOST, settings.PORT) # 初始化对象
# 上述两步可以合成下面一步
# self.__instance=super().__call__(*args,**kwargs)
super().__init__(name,bases,dic)
def __call__(self, *args, **kwargs): #Mysql(...)时触发
if args or kwargs: # args或kwargs内有值
obj=object.__new__(self)
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
return obj
return self.__instance
class Mysql(metaclass=Mymeta):
def __init__(self,host,port):
self.host=host
self.port=port
obj1=Mysql() # 没有传值则默认从配置文件中读配置来实例化，所有的实例应该指向一个内存地址
obj2=Mysql()
obj3=Mysql()
print(obj1 is obj2 is obj3)
obj4=Mysql('1.1.1.4',3307)
方式三:定义一个装饰器实现单例模式
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
抄自于：https://zhuanlan.zhihu.com/p/109336845
标签：__,name,Python,type,self,元类,metaclass,class 来源： https://www.cnblogs.com/panwenbin-logs/p/13524715.html