Python進(jìn)階學(xué)習(xí)之帶你探尋Python類的鼻祖-元類
Python是一門面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，所以Python中數(shù)字、字符串、列表、集合、字典、函數(shù)、類等都是對(duì)象。
利用 type() 來查看Python中的各對(duì)象類型
In [11]: # 數(shù)字
In [12]: type(10)
Out[12]: int
In [13]: type(3.1415926)
Out[13]: float
In [14]: # 字符串
In [15]: type('a')
Out[15]: str
In [16]: type("abc")
Out[16]: str
In [17]: # 列表
In [18]: type(list)
Out[18]: type
In [19]: type([])
Out[19]: list
In [20]: # 集合
In [21]: type(set)
Out[21]: type
In [22]: my_set = {1, 2, 3}
In [23]: type(my_set)
Out[23]: set
In [24]: # 字典
In [25]: type(dict)
Out[25]: type
In [26]: my_dict = {'name': 'hui'}
In [27]: type(my_dict)
Out[27]: dict
In [28]: # 函數(shù)
In [29]: def func():
...: pass
...:
In [30]: type(func)
Out[30]: function
In [31]: # 類
In [32]: class Foo(object):
...: pass
...:
In [33]: type(Foo)
Out[33]: type
In [34]: f = Foo()
In [35]: type(f)
Out[35]: __main__.Foo
In [36]: # type
In [37]: type(type)
Out[37]: type
可以看出
數(shù)字 1 是 int類型 的對(duì)象
字符串 abc 是 str類型 的對(duì)象
列表、集合、字典是 type類型 的對(duì)象，其創(chuàng)建出來的對(duì)象才分別屬于 list、set、dict 類型
函數(shù) func 是 function類型 的對(duì)象
自定義類 Foo 創(chuàng)建出來的對(duì)象 f 是 Foo 類型，其類本身 Foo 則是 type類型 的對(duì)象。
連 type 本身都是type類型的對(duì)象
一、類也是對(duì)象
類就是擁有相等功能和相同的屬性的對(duì)象的集合
在大多數(shù)編程語(yǔ)言中，類就是一組用來描述如何生成一個(gè)對(duì)象的代碼段。在 Python 中這一點(diǎn)仍然成立：
In [1]: class ObjectCreator(object): ...: pass ...: In [2]: my_object = ObjectCreator() In [3]: print(my_object) <__main__.ObjectCreator object at 0x0000021257B5A248>
但是，Python中的類還遠(yuǎn)不止如此。類同樣也是一種對(duì)象。是的，沒錯(cuò)，就是對(duì)象。只要你 使用關(guān)鍵字 class，Python解釋器在執(zhí)行的時(shí)候就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。
下面的代碼段：
>>> class ObjectCreator(object): … pass …
將在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，名字就是 ObjectCreator。這個(gè) 對(duì)象（類對(duì)象ObjectCreator）擁有創(chuàng)建對(duì)象（實(shí)例對(duì)象）的能力。但是，它的本質(zhì)仍然是一個(gè)對(duì)象，于是乎你可以對(duì)它做如下的操作：
1.你可以將它賦值給一個(gè)變量
2.你可以拷貝它
3.你可以為它增加屬性
4.你可以將它作為函數(shù)參數(shù)進(jìn)行傳遞
如下示例：
In [39]: class ObjectCreator(object):
...: pass
...:
In [40]: print(ObjectCreator)
<class '__main__.ObjectCreator'>
In [41]:# 當(dāng)作參數(shù)傳遞
In [41]: def out(obj):
...: print(obj)
...:
In [42]: out(ObjectCreator)
<class '__main__.ObjectCreator'>
In [43]: # hasattr 判斷一個(gè)類是否有某種屬性
In [44]: hasattr(ObjectCreator, 'name')
Out[44]: False
In [45]: # 新增類屬性
In [46]: ObjectCreator.name = 'hui'
In [47]: hasattr(ObjectCreator, 'name')
Out[47]: True
In [48]: ObjectCreator.name
Out[48]: 'hui'
In [49]: # 將類賦值給變量
In [50]: obj = ObjectCreator
In [51]: obj()
Out[51]: <__main__.ObjectCreator at 0x212596a7248>
In [52]:
二、動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建類
因?yàn)轭愐彩菍?duì)象，你可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建它們，就像其他任何對(duì)象一樣。首先，你可以在函數(shù)中創(chuàng)建類，使用 class 關(guān)鍵字即可。
def cls_factory(cls_name):
"""
創(chuàng)建類工廠
:param: cls_name 創(chuàng)建類的名稱
"""
if cls_name == 'Foo':
class Foo():
pass
return Foo # 返回的是類，不是類的實(shí)例
elif cls_name == 'Bar':
class Bar():
pass
return Bar
IPython 測(cè)驗(yàn)
MyClass = cls_factory('Foo')
In [60]: MyClass
Out[60]: __main__.cls_factory.<locals>.Foo # 函數(shù)返回的是類，不是類的實(shí)例
In [61]: MyClass()
Out[61]: <__main__.cls_factory.<locals>.Foo at 0x21258b1a9c8>
但這還不夠動(dòng)態(tài)，因?yàn)槟闳匀恍枰约壕帉懻麄€(gè)類的代碼。由于類也是對(duì)象，所以它們必須是通過什么東西來生成的才對(duì)。
當(dāng)你使用class關(guān)鍵字時(shí)，Python解釋器自動(dòng)創(chuàng)建這個(gè)對(duì)象。但就和Python中的大多數(shù)事情一樣，Python仍然提供給你手動(dòng)處理的方法。
三、使用 type 創(chuàng)建類
type 還有一種完全不同的功能，動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建類。
type可以接受一個(gè)類的描述作為參數(shù)，然后返回一個(gè)類。（要知道，根據(jù)傳入?yún)?shù)的不同，同一個(gè)函數(shù)擁有兩種完全不同的用法是一件很傻的事情，但這在Python中是為了保持向后兼容性）
type 可以像這樣工作：
type(類名, 由父類名稱組成的元組（針對(duì)繼承的情況，可以為空），包含屬性的字典（名稱和值）)
比如下面的代碼：
In [63]: class Test:
...: pass
...:
In [64]: Test()
Out[64]: <__main__.Test at 0x21258b34048>
In [65]:
可以手動(dòng)像這樣創(chuàng)建：
In [69]:# 使用type定義類
In [69]: Test2 = type('Test2', (), {})
In [70]: Test2()
Out[70]: <__main__.Test2 at 0x21259665808>
我們使用 Test2 作為類名，并且也可以把它當(dāng)做一個(gè)變量來作為類的引用。類和變量是不同的，這里沒有任何理由把事情弄的復(fù)雜。即 type函數(shù) 中第1個(gè)實(shí)參，也可以叫做其他的名字，這個(gè)名字表示類的名字
In [71]: UserCls = type('User', (), {})
In [72]: print(UserCls)
<class '__main__.User'>
In [73]:
使用 help 來測(cè)試這2個(gè)類
In [74]: # 用 help 查看 Test類 In [75]: help(Test) Help on class Test in module __main__: class Test(builtins.object) | Data descriptors defined here: | | __dict__ | dictionary for instance variables (if defined) | | __weakref__ | list of weak references to the object (if defined) In [76]: # 用 help 查看 Test2類 In [77]: help(Test2) Help on class Test2 in module __main__: class Test2(builtins.object) | Data descriptors defined here: | | __dict__ | dictionary for instance variables (if defined) | | __weakref__ | list of weak references to the object (if defined) In [78]:
四、使用type創(chuàng)建帶有屬性的類
type 接受一個(gè)字典來為類定義屬性，因此
Parent = type('Parent', (), {'name': 'hui'})
可以翻譯為：
class Parent(object): name = 'hui'
并且可以將 Parent 當(dāng)成一個(gè)普通的類一樣使用：
In [79]: Parent = type('Parent', (), {'name': 'hui'})
In [80]: print(Parent)
<class '__main__.Parent'>
In [81]: Parent.name
Out[81]: 'hui'
In [82]: p = Parent()
In [83]: p.name
Out[83]: 'hui'
當(dāng)然，你可以繼承這個(gè)類，代碼如下：
class Child1(Parent):
name = 'jack'
sex = '男'
class Child2(Parent):
name = 'mary'
sex = '女'
就可以寫成：
Child1 = type('Child1', (Parent, ), {'name': 'jack', 'sex': '男'})
In [85]: Child2 = type('Child2', (Parent, ), {'name': 'mary', 'sex': '女'})
In [87]: Child1.name, Child1.sex
Out[87]: ('jack', '男')
In [88]: Child2.name, Child2.sex
Out[88]: ('mary', '女')
注意：
- type 的第2個(gè)參數(shù)，元組中是父類的名字，而不是字符串
- 添加的屬性是 類屬性，并不是實(shí)例屬性
五、使用type創(chuàng)建帶有方法的類
最終你會(huì)希望為你的類增加方法。只需要定義一個(gè)有著恰當(dāng)簽名的函數(shù)并將其作為屬性賦值就可以了。
添加實(shí)例方法
Child1 = type('Child1', (Parent, ), {'name': 'jack', 'sex': '男'})
In [85]: Child2 = type('Child2', (Parent, ), {'name': 'mary', 'sex': '女'})
In [87]: Child1.name, Child1.sex
Out[87]: ('jack', '男')
In [88]: Child2.name, Child2.sex
Out[88]: ('mary', '女')
添加靜態(tài)方法
In [96]: Parent = type('Parent', (), {'name': 'hui'})
In [97]: # 定義靜態(tài)方法
In [98]: @staticmethod
...: def test_static():
...: print('static method called...')
...:
In [100]: Child4 = type('Child4', (Parent, ), {'name': 'zhangsan', 'test_static': test_static})
In [101]: c4 = Child4()
In [102]: c4.test_static()
static method called...
In [103]: Child4.test_static()
static method called...
添加類方法
In [105]: Parent = type('Parent', (), {'name': 'hui'})
In [106]: # 定義類方法
In [107]: @classmethod
...: def test_class(cls):
...: print(cls.name)
...:
In [108]: Child5 = type('Child5', (Parent, ), {'name': 'lisi', 'test_class': test_class})
In [109]: c5 = Child5()
In [110]: c5.test_class()
lisi
In [111]: Child5.test_class()
lisi
你可以看到，在Python中，類也是對(duì)象，你可以動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建類。這就是當(dāng)你使用關(guān)鍵字 class 時(shí) Python 在幕后做的事情，就是通過元類來實(shí)現(xiàn)的。
較為完整的使用 type 創(chuàng)建類的方式:
class Animal(object):
def eat(self):
print('吃東西')
def dog_eat(self):
print('喜歡吃骨頭')
def cat_eat(self):
print('喜歡吃魚')
Dog = type('Dog', (Animal, ), {'tyep': '哺乳類', 'eat': dog_eat})
Cat = type('Cat', (Animal, ), {'tyep': '哺乳類', 'eat': cat_eat})
# ipython 測(cè)驗(yàn)
In [125]: animal = Animal()
In [126]: dog = Dog()
In [127]: cat = Cat()
In [128]: animal.eat()
吃東西
In [129]: dog.eat()
喜歡吃骨頭
In [130]: cat.eat()
喜歡吃魚
六、到底什么是元類（終于到主題了）
元類就是用來創(chuàng)建類的【東西】。你創(chuàng)建類就是為了創(chuàng)建類的實(shí)例對(duì)象，不是嗎？但是我們已經(jīng)學(xué)習(xí)到了Python中的類也是對(duì)象。
元類就是用來創(chuàng)建這些類（對(duì)象）的，元類就是類的類，你可以這樣理解為：
MyClass = MetaClass() # 使用元類創(chuàng)建出一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象稱為“類” my_object = MyClass() # 使用“類”來創(chuàng)建出實(shí)例對(duì)象
你已經(jīng)看到了type可以讓你像這樣做：
MyClass = type('MyClass', (), {})
這是因?yàn)楹瘮?shù) type 實(shí)際上是一個(gè)元類。type 就是 Python在背后用來創(chuàng)建所有類的元類?，F(xiàn)在你想知道那為什么 type 會(huì)全部采用小寫形式而不是 Type 呢？好吧，我猜這是為了和 str 保持一致性，str是用來創(chuàng)建字符串對(duì)象的類，而 int 是用來創(chuàng)建整數(shù)對(duì)象的類。type 就是創(chuàng)建類對(duì)象的類。你可以通過檢查 __class__ 屬性來看到這一點(diǎn)。因此 Python中萬(wàn)物皆對(duì)象
現(xiàn)在，對(duì)于任何一個(gè) __class__ 的 __class__ 屬性又是什么呢？
In [136]: a = 10 In [137]: b = 'acb' In [138]: li = [1, 2, 3] In [139]: a.__class__.__class__ Out[139]: type In [140]: b.__class__.__class__ Out[140]: type In [141]: li.__class__.__class__ Out[141]: type In [142]: li.__class__.__class__.__class__ Out[142]: type
因此，元類就是創(chuàng)建類這種對(duì)象的東西。type 就是 Python的內(nèi)建元類，當(dāng)然了，你也可以創(chuàng)建自己的元類。
七、metaclass屬性
你可以在定義一個(gè)類的時(shí)候?yàn)槠涮砑?__metaclass__ 屬性。
class Foo(object):
__metaclass__ = something…
...省略...
如果你這么做了，Python就會(huì)用元類來創(chuàng)建類Foo。小心點(diǎn)，這里面有些技巧。你首先寫下 class Foo(object)，但是類Foo還沒有在內(nèi)存中創(chuàng)建。Python會(huì)在類的定義中尋找 __metaclass__ 屬性，如果找到了，Python就會(huì)用它來創(chuàng)建類Foo，如果沒有找到，就會(huì)用內(nèi)建的 type 來創(chuàng)建這個(gè)類。
class Foo(Bar):
pass
Python做了如下的操作：
1.Foo中有 __metaclass__ 這個(gè)屬性嗎？如果有，Python會(huì)通過 __metaclass__ 創(chuàng)建一個(gè)名字為Foo的類(對(duì)象)
2.如果Python沒有找到 __metaclass__，它會(huì)繼續(xù)在 Bar（父類） 中尋找 __metaclass__ 屬性，并嘗試做和前面同樣的操作。
3.如果Python在任何父類中都找不到 __metaclass__，它就會(huì)在模塊層次中去尋找 __metaclass__，并嘗試做同樣的操作。
4.如果還是找不到 __metaclass__ ，Python就會(huì)用內(nèi)置的 type 來創(chuàng)建這個(gè)類對(duì)象。
現(xiàn)在的問題就是，你可以在 __metaclass__ 中放置些什么代碼呢？
答案就是：可以創(chuàng)建一個(gè)類的東西。那么什么可以用來創(chuàng)建一個(gè)類呢？type，或者任何使用到type或者子類化的type都可以。
八、自定義元類
元類的主要目的就是為了當(dāng)創(chuàng)建類時(shí)能夠自動(dòng)地改變類。
假想一個(gè)很傻的例子，你決定在你的模塊里所有的類的屬性都應(yīng)該是大寫形式。有好幾種方法可以辦到，但其中一種就是通過在模塊級(jí)別設(shè)定 __metaclass__。采用這種方法，這個(gè)模塊中的所有類都會(huì)通過這個(gè)元類來創(chuàng)建，我們只需要告訴元類把所有的屬性都改成大寫形式就萬(wàn)事大吉了。
幸運(yùn)的是，__metaclass__ 實(shí)際上可以被任意調(diào)用，它并不需要是一個(gè)正式的類。所以，我們這里就先以一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)作為例子開始。
python2中
# -*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
# class_name 會(huì)保存類的名字 Foo
# class_parents 會(huì)保存類的父類 object
# class_attr 會(huì)以字典的方式保存所有的類屬性
# 遍歷屬性字典，把不是__開頭的屬性名字變?yōu)榇髮?
new_attr = {}
for name, value in class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
new_attr[name.upper()] = value
# 調(diào)用type來創(chuàng)建一個(gè)類
return type(class_name, class_parents, new_attr)
class Foo(object):
__metaclass__ = upper_attr # 設(shè)置Foo類的元類為upper_attr
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
# Flase
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
# True
f = Foo()
print(f.BAR)
python3中
# -*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
#遍歷屬性字典，把不是__開頭的屬性名字變?yōu)榇髮?
new_attr = {}
for name,value in class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
new_attr[name.upper()] = value
#調(diào)用type來創(chuàng)建一個(gè)類
return type(class_name, class_parents, new_attr)
# 再類的繼承()中使用metaclass
class Foo(object, metaclass=upper_attr):
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
# Flase
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
# True
f = Foo()
print(f.BAR)
再做一次，這一次用一個(gè)真正的 class 來當(dāng)做元類。
class UpperAttrMetaClass(type):
def __new__(cls, class_name, class_parents, class_attr):
# 遍歷屬性字典，把不是__開頭的屬性名字變?yōu)榇髮?
new_attr = {}
for name, value in class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
new_attr[name.upper()] = value
# 方法1：通過'type'來做類對(duì)象的創(chuàng)建
return type(class_name, class_parents, new_attr)
# 方法2：復(fù)用type.__new__方法
# 這就是基本的OOP編程，沒什么魔法
# return type.__new__(cls, class_name, class_parents, new_attr)
# python3的用法
class Foo(object, metaclass=UpperAttrMetaClass):
bar = 'bip'
# python2的用法
class Foo(object):
__metaclass__ = UpperAttrMetaClass
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
# 輸出: False
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
# 輸出: True
f = Foo()
print(f.BAR)
# 輸出: 'bip'
__new__ 是在__init__之前被調(diào)用的特殊方法 __new__是用來創(chuàng)建對(duì)象并返回之的方法 而__init__只是用來將傳入的參數(shù)初始化給對(duì)象 這里，創(chuàng)建的對(duì)象是類，我們希望能夠自定義它，所以我們這里改寫__new__
就是這樣，除此之外，關(guān)于元類真的沒有別的可說的了。但就元類本身而言，它們其實(shí)是很簡(jiǎn)單的：
1.攔截類的創(chuàng)建
2.修改類
3.返回修改之后的類
總結(jié)
現(xiàn)在回到我們的大主題上來，究竟是為什么你會(huì)去使用這樣一種容易出錯(cuò)且晦澀的特性？
好吧，一般來說，你根本就用不上它：
“元類就是深度的魔法，99%的用戶應(yīng)該根本不必為此操心。如果你想搞清楚究竟是否需要用到元類，那么你就不需要它。那些實(shí)際用到元類的人都非常清楚地知道他們需要做什么，而且根本不需要解釋為什么要用元類?！?—— Python界的領(lǐng)袖 Tim Peters
到此這篇關(guān)于Python進(jìn)階學(xué)習(xí)之帶你探尋Python類的鼻祖-元類的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Python元類內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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