元类(metaclass)

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了元类(metaclass)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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引言

  • 元类属于python面向对象编程的深层魔法,99%的人都不得要领,一些自以为搞明白元类的人其实也只是自圆其说、点到为止,从对元类的控制上来看就破绽百出、逻辑混乱,今天我就来带大家来深度了解python元类的来龙去脉。

  • 笔者深入浅出的背后是对技术一日复一日的执念,希望可以大家可以尊重原创,为大家能因此文而解开对元类所有的疑惑而感到开心!!!

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
class Foo:  # Foo=元类()
    pass

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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

内置函数exec(储备)

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)
exec函数运行了
print(class_dic)
'x': 1, 'func': <function func at 0x10a0bc048>

class创建类

  • 如果说类也是对象,那么用class关键字的去创建类的过程也是一个实例化的过程,该实例化的目的是为了得到一个类,调用的是元类

  • 用class关键字创建一个类,用的默认的元类type,因此以前说不要用type作为类别判断

class People:  # People=type(...)
    country = 'China'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)
print(type(People))
<class 'type'>

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type实现

  • 创建类的3个要素:类名,基类,类的名称空间

  • People = type(类名,基类,类的名称空间)

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,
)
print(class_name)
People
print(class_bases)
(<class 'object'>,)
print(class_dic)  # 类的名称空间
'country': 'China', '__init__': <function __init__ at 0x10a0bc048>, 'eat': <function eat at 0x10a0bcd08>
  • People = type(类名,基类,类的名称空间)
People1 = type(class_name, class_bases, class_dic)
print(People1)
<class '__main__.People'>
obj1 = People1(1, 2)
obj1.eat()
1 is eating
  • class创建的类的调用
print(People)
<class '__main__.People'>
obj = People1(1, 2)
obj.eat()
1 is eating

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自定义元类控制类的创建

  • 使用自定义的元类
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
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        print('self:', self)  # 现在是People
        print('class_name:', class_name)
        print('class_bases:', class_bases)
        print('class_dic:', class_dic)
        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,
                                     class_dic)  # 重用父类type的功能
  • 分析用class自定义类的运行原理(而非元类的的运行原理):

    1. 拿到一个字符串格式的类名class_name=‘People‘

    2. 拿到一个类的基类们class_bases=(obejct,)

    3. 执行类体代码,拿到一个类的名称空间class_dic=...

    4. 调用People=type(class_name,class_bases,class_dic)

class People(object, metaclass=Mymeta):  # People=Mymeta(类名,基类们,类的名称空间)
    country = 'China'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)
self: <class '__main__.People'>
class_name: People
class_bases: (<class 'object'>,)
class_dic: '__module__': '__main__', '__qualname__': 'People', 'country': 'China', '__init__': <function People.__init__ at 0x10a0bcbf8>, 'eat': <function People.eat at 0x10a0bc2f0>

应用

  • 自定义元类控制类的产生过程,类的产生过程其实就是元类的调用过程

  • 我们可以控制类必须有文档,可以使用如下的方式实现

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 __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        if class_dic.get('__doc__') is None or len(
                class_dic.get('__doc__').strip()) == 0:
            raise TypeError('类中必须有文档注释,并且文档注释不能为空')
        if not class_name.istitle():
            raise TypeError('类名首字母必须大写')
        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,
                                     class_dic)  # 重用父类的功能
try:

    class People(object, metaclass=Mymeta
                 ):  #People  = Mymeta('People',(object,),....)
        #     """这是People类"""
        country = 'China'

        def __init__(self, name, age):
            self.name = name
            self.age = age

        def eat(self):
            print('%s is eating' % self.name)
except Exception as e:
    print(e)
类中必须有文档注释,并且文档注释不能为空

__call__(储备)

  • 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('nick', age=18)
('nick',)
'age': 18
__call__实现了,实例化对象可以加括号调用了

自定义元类控制类的实例化

class Mymeta(type):
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(self)  # self是People
        print(args)  # args = ('nick',)
        print(kwargs)  # kwargs = 'age':18
        # return 123
        # 1. 先造出一个People的空对象,申请内存空间
        obj = self.__new__(self)
        # 2. 为该对空对象初始化独有的属性
        self.__init__(obj, *args, **kwargs)
        # 3. 返回一个初始化好的对象
        return obj
  • People = Mymeta(),People()则会触发__call__
class People(object, metaclass=Mymeta):
    country = 'China'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)


#     在调用Mymeta的__call__的时候,首先会找自己(如下函数)的,自己的没有才会找父类的
#     def __new__(cls, *args, **kwargs):
#         # print(cls)  # cls是People
#         # cls.__new__(cls) # 错误,无限死循环
#         obj = super(People, cls).__new__(cls)
#         return obj
  • 类的调用,即类实例化就是元类的调用过程,可以通过元类Mymeta的__call__方法控制

  • 分析:调用Pepole的目的

    1. 先造出一个People的空对象

    2. 为该对空对象初始化独有的属性

    3. 返回一个初始化好的对象

obj = People('nick', age=18)
<class '__main__.People'>
('nick',)
'age': 18
print(obj.__dict__)
'name': 'nick', 'age': 18

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自定制元类后类的继承顺序

class Mymeta(type):
    n = 444


#     def __call__(self, *args, **kwargs):
#         obj = self.__new__(self)  # self = Foo
#         # obj = object.__new__(self)  # self = Foo
#         self.__init__(obj, *args, **kwargs)
#         return obj


class A(object):
    #     n = 333
    pass


class B(A):
    #     n = 222
    pass


class Foo(B, metaclass=Mymeta):  # Foo = Mymeta(...)
    #     n = 111

    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y


for i in Foo.mro():
    print(i)
<class '__main__.Foo'>
<class '__main__.B'>
<class '__main__.A'>
<class 'object'>
print(Foo.n)
444
  • 查找顺序:

    1. 先对象层:Foo->B->A->object

    2. 然后元类层:Mymeta->type

print(type(object))
<class 'type'>
obj = Foo(1, 2)
print(obj.__dict__)
'x': 1, 'y': 2

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使用元类修改属性为隐藏属性

class Mymeta(type):
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        # 加上逻辑,控制类Foo的创建
        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        # 加上逻辑,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)
        # 修改属性为隐藏属性
        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('egon', 18, 'male')
print(obj.__dict__)
'_Foo__name': 'egon', '_Foo__age': 18, '_Foo__sex': 'male'

以上是关于元类(metaclass)的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

深刻理解Python中的元类(metaclass)

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深刻理解Python中的元类(metaclass)以及元类实现单例模式

Python中的元类(metaclass)

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