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陌生的 metaclass

Python 中的元类（metaclass）是一个深度魔法，平时我们可能比较少接触到元类，本文将通过一些简单的例子来理解这个魔法。

类也是对象

在 Python 中，一切皆对象。字符串，列表，字典，函数是对象，类也是一个对象，因此你可以：

把类赋值给一个变量
把类作为函数参数进行传递
把类作为函数的返回值
在运行时动态地创建类

看一个简单的例子：

class Foo(object):     foo = True  class Bar(object):     bar = True  def echo(cls):     print cls  def select(name):     if name == 'foo':         return Foo        # 返回值是一个类     if name == 'bar':         return Bar  >>> echo(Foo)             # 把类作为参数传递给函数 echo <class '__main__.Foo'> >>> cls = select('foo')   # 函数 select 的返回值是一个类，把它赋给变量 cls >>> cls __main__.Foo

熟悉又陌生的 type

在日常使用中，我们经常使用 object 来派生一个类，事实上，在这种情况下，Python 解释器会调用 type 来创建类。

这里，出现了 type，没错，是你知道的 type，我们经常使用它来判断一个对象的类型，比如：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'>

事实上，type 除了可以返回对象的类型，它还可以被用来动态地创建类（对象）。下面，我们看几个例子，来消化一下这句话。

使用 type 来创建类（对象）的方式如下：

type(类名, 父类的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性和方法的字典（名称和值）)

最简单的情况

假设有下面的类：

class Foo(object):     pass

现在，我们不使用 class 关键字来定义，而使用 type，如下：

Foo = type('Foo', (object, ), {})    # 使用 type 创建了一个类对象

上面两种方式是等价的。我们看到，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

在上面，我们使用 type() 创建了一个名为 Foo 的类，然后把它赋给了变量 Foo，我们当然可以把它赋给其他变量，但是，此刻没必要给自己找麻烦。

接着，我们看看使用：

>>> print Foo <class '__main__.Foo'> >>> print Foo() <__main__.Foo object at 0x10c34f250>

有属性和方法的情况

假设有下面的类：

class Foo(object):     foo = True     def greet(self):         print 'hello world'         print self.foo

用 type 来创建这个类，如下：

def greet(self):     print 'hello world'     print self.foo  Foo = type('Foo', (object, ), {'foo': True, 'greet': greet})

上面两种方式的效果是一样的，看下使用：

>>> f = Foo() >>> f.foo True >>> f.greet <bound method Foo.greet of <__main__.Foo object at 0x10c34f890>> >>> f.greet() hello world True

继承的情况

再来看看继承的情况，假设有如下的父类：

class Base(object):     pass

我们用 Base 派生一个 Foo 类，如下：

class Foo(Base):    foo = True

改用 type 来创建，如下：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 0

什么是元类（metaclass）

元类（metaclass）是用来创建类（对象）的可调用对象。这里的可调用对象可以是函数或者类等。但一般情况下，我们使用类作为元类。对于实例对象、类和元类，我们可以用下面的图来描述：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 1

我们在前面使用了 type 来创建类（对象），事实上，type 就是一个元类。

那么，元类到底有什么用呢？要你何用...

元类的主要目的是为了控制类的创建行为。我们还是先来看看一些例子，以消化这句话。

元类的使用

先从一个简单的例子开始，假设有下面的类：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 2

现在我们想给这个类的方法和属性名称前面加上 my_ 前缀，即 name 变成 my_name，bar 变成 my_bar，另外，我们还想加一个 echo 方法。当然，有很多种做法，这里展示用元类的做法。

1.首先，定义一个元类，按照默认习惯，类名以 Metaclass 结尾，代码如下：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 3

上面的代码有几个需要注意的点：

PrefixMetaClass 从 type 继承，这是因为 PrefixMetaclass 是用来创建类的
__new__ 是在 __init__ 之前被调用的特殊方法，它用来创建对象并返回创建后的对象，对它的参数解释如下：
- cls：当前准备创建的类
- name：类的名字
- bases：类的父类集合
- attrs：类的属性和方法，是一个字典

2.接着，我们需要指示 Foo 使用 PrefixMetaclass 来定制类。

在 Python2 中，我们只需在 Foo 中加一个 __metaclass__ 的属性，如下：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 4

在 Python3 中，这样做：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 5

现在，让我们看看使用：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 6

可以看到，Foo 原来的属性 name 已经变成了 my_name，而方法 bar 也变成了 my_bar，这就是元类的魔法。

再来看一个继承的例子，下面是完整的代码：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 7

其中，PrefixMetaclass 和 Foo 跟前面的定义是一样的，只是新增了 Bar，它继承自 Foo。先让我们看看使用：

class Foo(object):     Foo = True  >>> type(10) <type 'int'> >>> type('hello') <type 'str'> >>> type(Foo()) <class '__main__.Foo'> >>> type(Foo) <type 'type'> 8

我们发现，Bar 没有 prop 这个属性，但是有 my_prop 这个属性，这是为什么呢？

原来，当我们定义 class Bar(Foo) 时，Python 会首先在当前类，即 Bar 中寻找 __metaclass__，如果没有找到，就会在父类 Foo 中寻找 __metaclass__，如果找不到，就继续在 Foo 的父类寻找，如此继续下去，如果在任何父类都找不到 __metaclass__，就会到模块层次中寻找，如果还是找不到，就会用 type 来创建这个类。

这里，我们在 Foo 找到了 __metaclass__，Python 会使用 PrefixMetaclass 来创建 Bar，也就是说，元类会隐式地继承到子类，虽然没有显示地在子类使用 __metaclass__，这也解释了为什么 Bar 的 prop 属性被动态修改成了 my_prop。

写到这里，不知道你理解元类了没？希望理解了，如果没理解，就多看几遍吧~