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深刻理解Python中的元类(metaclass)
作者:吴桥县齐源纤维素有限公司 来源:www.qy-xws.com 发布时间:2017-09-07 13:30:51
深刻理解Python中的元类(metaclass)

深刻理解Python中的元类(metaclass),这是一篇在Stack overflow上很热的帖子。提问者自称已经掌握了有关Python OOP编程中的各种概念,但始终觉得元类(metaclass)难以理解。他知道这肯定和自省有关,但仍然觉得不太明白,希望大家可以给出一些实际的例子和代码片段以帮助理解,以及在什么情况下需要进行元编程。于是e-satis同学给出了神一般的回复,该回复获得了985点的赞同点数,更有人评论说这段回复应该加入到Python的官方文档中去。而e-satis同学本人在Stack Overflow中的声望积分也高达64271分。以下就是这篇精彩的回复(提示:非常长)

类也是对象

在理解元类之前,你需要先掌握Python中的类。Python中类的概念借鉴于Smalltalk,这显得有些奇特。在大多数编程语言中,类就是一组用来描述如何生成一个对象的代码段。在Python中这一点仍然成立:

>>>classObjectCreator(object): …pass … >>>my_object=ObjectCreator() >>>printmy_object

<__main__.ObjectCreator object at 0x8974f2c>

但是,Python中的类还远不止如此。类同样也是一种对象。是的,没错,就是对象。只要你使用关键字class,Python解释器在执行的时候就会创建一个对象。下面的代码段:

>>>classObjectCreator(object): …pass …

将在内存中创建一个对象,名字就是ObjectCreator。这个对象(类)自身拥有创建对象(类实例)的能力,而这就是为什么它是一个类的原因。但是,它的本质仍然是一个对象,于是乎你可以对它做如下的操作:

1) 你可以将它赋值给一个变量

2) 你可以拷贝它

3) 你可以为它增加属性

4) 你可以将它作为函数参数进行传递

下面是示例:

>>> print ObjectCreator

# 你可以打印一个类,因为它其实也是一个对象

>>>defecho(o): …printo … >>>echo(ObjectCreator)

# 你可以将类做为参数传给函数

>>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')

Fasle

>>> ObjectCreator.new_attribute = 'foo'

# 你可以为类增加属性

>>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')

True

>>> print ObjectCreator.new_attribute

foo

>>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator

# 你可以将类赋值给一个变量

>>> print ObjectCreatorMirror()

<__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c>

动态地创建类

因为类也是对象,你可以在运行时动态的创建它们,就像其他任何对象一样。首先,你可以在函数中创建类,使用class关键字即可。

>>>defchoose_class(name): …ifname=='foo': …classFoo(object): …pass …returnFoo #返回的是类,不是类的实例 …else: …classBar(object): …pass …returnBar … >>>MyClass=choose_class('foo') >>>printMyClass #函数返回的是类,不是类的实例 '__main__'.Foo> >>>printMyClass() #你可以通过这个类创建类实例,也就是对象

<__main__.Foo object at 0x89c6d4c>

但这还不够动态,因为你仍然需要自己编写整个类的代码。由于类也是对象,所以它们必须是通过什么东西来生成的才对。当你使用class关键字时,Python解释器自动创建这个对象。但就和Python中的大多数事情一样,Python仍然提供给你手动处理的方法。还记得内建函数type吗?这个古老但强大的函数能够让你知道一个对象的类型是什么,就像这样:

>>> print type(1)

>>> print type("1")

>>> print type(ObjectCreator)

>>> print type(ObjectCreator())

这里,type有一种完全不同的能力,它也能动态的创建类。type可以接受一个类的描述作为参数,然后返回一个类。(我知道,根据传入参数的不同,同一个函数拥有两种完全不同的用法是一件很傻的事情,但这在Python中是为了保持向后兼容性)

type可以像这样工作:

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

比如下面的代码:

>>>classMyShinyClass(object): …pass

可以手动像这样创建:

>>> MyShinyClass = type('MyShinyClass', (), {})

# 返回一个类对象

>>> print MyShinyClass

>>> print MyShinyClass()

# 创建一个该类的实例

<__main__.MyShinyClass object at 0x8997cec>

你会发现我们使用“MyShinyClass”作为类名,并且也可以把它当做一个变量来作为类的引用。类和变量是不同的,这里没有任何理由把事情弄的复杂。

type 接受一个字典来为类定义属性,因此

>>>classFoo(object): …bar=True

可以翻译为:

>>> Foo = type('Foo', (), {'bar':True})

并且可以将Foo当成一个普通的类一样使用:

>>> print Foo

>>> print Foo.bar

True

>>> f = Foo()

>>> print f

<__main__.Foo object at 0x8a9b84c>

>>> print f.bar

True

当然,你可以向这个类继承,所以,如下的代码:

>>> class FooChild(Foo):

… pass

就可以写成:

>>> FooChild = type('FooChild', (Foo,),{})

>>> print FooChild

>>> print FooChild.bar

# bar属性是由Foo继承而来

True

最终你会希望为你的类增加方法。只需要定义一个有着恰当签名的函数并将其作为属性赋值就可以了。

>>>defecho_bar(self): …printself.bar … >>>FooChild=type('FooChild',(Foo,),{'echo_bar':echo_bar}) >>>hasattr(Foo,'echo_bar')

False

>>> hasattr(FooChild, 'echo_bar')

True

>>> my_foo = FooChild()

>>> my_foo.echo_bar()

True

你可以看到,在Python中,类也是对象,你可以动态的创建类。这就是当你使用关键字class时Python在幕后做的事情,而这就是通过元类来实现的。

到底什么是元类(终于到主题了)

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