在 python3.x 中显式继承“类型”以实现元类

Posted 2023-02-23

【中文标题】在 python3.x 中显式继承“类型”以实现元类

【英文标题】：Explicitly inheriting from 'type' to implement metaclass in python3.x

【发布时间】：2018-04-26 22:35:26

【问题描述】：

我试图对 Python 中的元类有一些直觉。我已经尝试过 Python2.7 和 Python3.5。在 Python3.5 中，我发现我们定义的每个类都是 <class 'type'> 类型，无论我们是否显式继承。但如果不是从 type 继承，我们就不能将该类用作另一个类的元类。

>>> class foo:
    pass

>>> class Metafoo(type):
    pass

>>> foo
<class '__main__.foo'>
>>> Metafoo
<class '__main__.Metafoo'>
>>> type(foo)
<class 'type'>
>>> type(Metafoo)
<class 'type'>
>>> 
>>> class foocls1(metaclass=foo):
    pass

执行上述操作会出现以下错误：

Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#52>", line 1, in <module>
    class foocls1(metaclass=foo):
TypeError: object() takes no parameters

但在使用 Metafoo 作为新类的元类时，情况并非如此

>>> class foocls3(metaclass=Metafoo):
    pass

>>> foocls3
<class '__main__.foocls3'>
>>> type(foocls3)
<class '__main__.Metafoo'>

如果我们想将一个类用作其他类中的元类，任何人都可以解释为什么我们需要显式继承这种情况。

【问题讨论】：

每个类都是type的实例，但它们并不是type的所有子类。

【参考方案1】：

"type" 是 Python 3 和 Python 2 2.2 之后的所有类对象的基类。 （只是在 Python 2 上，您应该从 object 继承。在 Python 2 中没有显式从“object”继承的类被称为“old style classes”，并出于向后兼容的目的而保留，但几乎没有用.)

所以，发生的事情就是继承：类的超类是什么，以及“由于在 Python 中类是对象本身，该对象的类是什么”的“元类”是两个不同的东西。您继承的类定义了对类实例的属性（和方法）查找顺序，因此您有一个共同的行为。

元类是“你的类所用的类”，虽然它可以用于其他目的，但最常用于修改类本身的构造步骤。搜索一下，您会看到主要实现__new__ 和__init__ 方法的元类。 （虽然可以有其他方法，但是你必须知道你在做什么）

碰巧构建一个类需要一些构建普通对象不需要的操作。这些操作在本机代码层（CPython 中的 C）上执行，甚至无法在纯 Python 代码中重现，例如填充类的特殊方法槽——指向实现 __add__、__eq__ 等的函数的指针方法。在 CPython 中这样做的唯一类是“类型”。因此，您想用来构建类的任何代码，即作为元类，都必须在某个时候调用type.__new__ 方法。 （就像你想在 Python 中创建一个新对象一样，在某些时候会调用object.__new__ 中的代码。）。

您的错误发生并不是因为 Python 会提前检查您是直接还是间接调用了 type.__new__。错误：“TypeError：object() 没有参数”仅仅是因为元类的__new__ 方法传递了 3 个参数（名称、基数、命名空间），而 object 中的相同方法没有传递参数。 （两者都获得额外的“cls”，也相当于 self，但这不计算在内）。

您可以将任何可调用对象用作元类，甚至是普通函数。只是它必须采用 3 个显式参数。从那时起，无论这个可调用返回什么都用作类，但如果在某些时候您不调用type.__new__（甚至是间接调用），那么您就没有要返回的有效类。

例如，可以创建一个简单的方法，以便能够将类主体用作字典声明：

def dictclass(name, bases, namespace):
    return namespace

class mydict(metaclass=dictclass):
    a = 1
    b = 2
    c = 3

mydict["a"] 

所以，一个有趣的事实是type 是它自己的元类。 （在 Python 实现中是硬编码的）。但是type 本身也从对象继承：

In [21]: type.__class__
Out[21]: type

In [22]: type.__mro__
Out[22]: (type, object)

为了结束这一点：可能在不调用 type.__new__ 的情况下创建对象，在不调用 object.__new__ 的情况下创建对象，但通常不是从纯 Python 代码中创建，作为 C-必须为这两个操作填写 API 级别。可以使用本机代码实现函数来执行此操作，也可以使用 ctypes 对其进行破解。

【讨论】：

感谢您的解释