深入理解Python中的元类---metaclass

Posted 2021-01-08 云烟成雨。

关于元类的一些说明

1.  什么是元类？

　　在我们不自定义元类的前提下，元类指的就是 type，而type实际上就是一个类。

2. 元类的作用？

　　元类是用于创建某个类的类，即说明了我要创建的类是通过哪个类创建的。

3. 对创建类的重新认识

大多是情况下创建类的方式：

class Foo(object):
    pass

然而也可以这样创建

Foo = type("Foo",(object,),{})

这两种创建类的效果等同。既然type是一个类，那么str和int是不是也是一个类？答案是肯定的。

str和int既然都是一个类，那么这两个类是由哪个类创建的?

由此可以看出，我们使用class创建一个类，使用str和int创建一个对象，其本质都是由 type这个类创建。既然我们知道了类都是由type这个类创建，那么是怎么通过类来创建类。对于Python而言，一切皆对象，即类也是一个对象。如果class只是用来创建一个类（即我们并不知道执行class实际上执行的是type），那么对于使用class关键子创建类的可以进行以下的分解操作：

步骤一：

 Foo = type("Foo",(object,),{}) ,使用type这个类创建一个类名为Foo，继承object类的类，既然创建类的实例就会执行type类中的构造方法，而此时等号左边的Foo接收的是type类构造出来的实例对象。

步骤二：

 class Foo(): pass ，将上述步骤生成的Foo变量进行传入，此时的Foo对于class来说是一个类，而该类其实就是type类的实例对象。

既然我们知道了类其实都是由元类type进行创建的，那么我们就可以自定义一个元类类创建其他的类。

自定义元类

使用metaclass属性指定元类

class MyType(type): # 自定义的元类需要继承元类type
    def __init__(self,*args,**kwargs):
        print(\'init\')
        super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(\'call本质：调用类的__new__，再调用类的__init__\')
        return super(MyType,self).__call__( *args, **kwargs)


class Base(metaclass=MyType): # 使用自定义的元类创建Base类
    pass

输出结果： init 。指定了metaclass属性，则会根据自定义元类的构造方法进行Base类的创建，因此打印出字符串“init”。也就是说，我们通过Mytype这个元类创建了Base类，更准确的说应该是Base类的实例对象。

除了通过metaclass的属性设置元类，而通过继承的类也可以设置元类

使用继承指定元类

创建类的两种方式

 

Base = MyType("Base",(object,),{})
# 等同于
class Base(object,metaclass=MyType): # 使用自定义的元类创建Base类
    pass

 

注意：

　　object类是由type类创建，同时在object类的源码中该类也继承了type类，说明了object类的metaclass是type，而MyType类的也继承了type类，也指明了该类的metaclass为type，因此不会发生metaclass冲突。

两种继承方式

class MyType(type): # 自定义的元类需要继承元类type
    def __init__(self,*args,**kwargs):
        print(\'init\')
        super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(\'call本质：调用类的__new__，再调用类的__init__\')
        return super(MyType,self).__call__( *args, **kwargs)


Base = MyType("Base",(object,),{})


#  第一种继承的方式
class Foo(Base):
    pass


# 第二种继承方式
class Foo(MyType("Base",(object,),{})):
    pass

输出结果： 

　　init \\n init 

结果分析：

　　首先通过元类MyType创建Base实例，而Foo又继承了该类，而该类的metaclass是MyType，因此间接的指名了Foo类的metaclass也为MyType，再由元类MyType创建该类的实例Foo。

使用了继承的方式，派生类会自动继承父类的相关属性，如父类的metaclass是MyType，那么派生类的metaclass也是MyType，因此不需要在派生类中指定metaclass=MyType。

下面的写法会报错：

class MyType(type): # 自定义的元类需要继承元类type
    def __init__(self,*args,**kwargs):
        print(\'init\')
        super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(\'call本质：调用类的__new__，再调用类的__init__\')
        return super(MyType,self).__call__( *args, **kwargs)


class XXX(type): # 自定义的元类需要继承元类type
    def __init__(self,*args,**kwargs):
        print(\'init_xxx\')
        super(XXX,self).__init__(*args,**kwargs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(\'call_xxx\')
        return super(XXX,self).__call__( *args, **kwargs)


Base = MyType("Base",(object,),{})


class Foo(Base,metaclass=XXX):
    pass

输出：

"D:\\Program Files\\Python36\\python.exe" D:/Demo/s8/flaskdemo/metaclass.py
init
Traceback (most recent call last):
  File "D:/Demo/s8/flaskdemo/metaclass.py", line 56, in <module>
    class Foo(Base,metaclass=XXX):
TypeError: metaclass conflict: the metaclass of a derived class must be a (non-strict) subclass of the metaclasses of all its bases
# 一个派生类的元类必须是它的所有基类(父类)的元类的一个子类

Process finished with exit code 1

结果很明显，metaclass冲突导致，产生的原因是继承的Base类的classmeta=MyType，但是我们却又指定Foo类的metaclass=XXX，因此造成冲突，将Foo类的metaclass=MyType即可，但既然继承了Base类，而Base类的metaclass就是MyType，再在Foo类中写metaclass就显的多余。

对元类的常用形式

class MyType(type):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        super(MyType, self).__init__(*args, **kwargs)

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        return super(MyType, cls).__call__(*args, **kwargs)

# 将继承的类封装到一个函数中，在该函数中创建元类的实例
def with_metaclass(base):
    return MyType(\'XX\', (base,), {})


class Foo(with_metaclass(object)):
    pass