在理解元類(lèi)之前，需要了解Python的類(lèi)， Python借用了Smalltalk語(yǔ)言的一些概念。 在Python中，類(lèi)是對(duì)象，只要你使用關(guān)鍵字 class，Python執(zhí)行它， 并創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。
1. 類(lèi)也是對(duì)象
類(lèi)的本質(zhì)其實(shí)也是一個(gè)對(duì)象(類(lèi)對(duì)象)
程序中第一次使用該類(lèi)的時(shí)候被創(chuàng)建，在整個(gè)程序中只有一份。
此后每次使用都是這個(gè)類(lèi)對(duì)象，它在程序運(yùn)行時(shí)一直存在。
類(lèi)對(duì)象是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)類(lèi)的基本信息:類(lèi)大小,類(lèi)名稱(chēng),類(lèi)的版本，繼承層次，以及消息與函數(shù)的映射表等
類(lèi)對(duì)象代表類(lèi),Class類(lèi)型,對(duì)象方法屬于類(lèi)對(duì)象
如果消息的接收者是類(lèi)名,則類(lèi)名代表類(lèi)對(duì)象
所有類(lèi)的實(shí)例都由類(lèi)對(duì)象生成,類(lèi)對(duì)象會(huì)把實(shí)例的isa的值修改成自己的地址,每個(gè)實(shí)例的isa都指向該實(shí)例的類(lèi)對(duì)象
在大多數(shù)編程語(yǔ)言中，類(lèi)就是一組用來(lái)描述如何生成一個(gè)對(duì)象的代碼段。在Python中這一點(diǎn)仍然成立：
重慶分公司
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>>> class ObjectCreator(object):
… pass
…
>>> my_object = ObjectCreator()
>>> print my_object
<__main__.ObjectCreator object at 0x8974f2c>但是，Python中的類(lèi)還遠(yuǎn)不止如此。類(lèi)同樣也是一種對(duì)象。是的，沒(méi)錯(cuò)，就是對(duì)象。只要你使用關(guān)鍵字class，Python解釋器在執(zhí)行的時(shí)候就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。
下面的代碼段：
>>> class ObjectCreator(object):
… pass
…將在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，名字就是ObjectCreator。這個(gè)對(duì)象（類(lèi)對(duì)象ObjectCreator）擁有創(chuàng)建對(duì)象（實(shí)例對(duì)象）的能力。但是，它的本質(zhì)仍然是一個(gè)對(duì)象，于是乎你可以對(duì)它做如下的操作：
下面是示例：
>>> print ObjectCreator # 你可以打印一個(gè)類(lèi)，因?yàn)樗鋵?shí)也是一個(gè)對(duì)象
>>> def echo(o):
… print o
…
>>> echo(ObjectCreator) # 你可以將類(lèi)做為參數(shù)傳給函數(shù)
>>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')
Fasle
>>> ObjectCreator.new_attribute = 'foo' # 你可以為類(lèi)增加屬性
>>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')
True
>>> print ObjectCreator.new_attribute
foo
>>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # 你可以將類(lèi)賦值給一個(gè)變量
>>> print ObjectCreatorMirror()
<__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c> 2. 動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建類(lèi)
因?yàn)轭?lèi)也是對(duì)象，你可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建它們，就像其他任何對(duì)象一樣。首先，你可以在函數(shù)中創(chuàng)建類(lèi)，使用class關(guān)鍵字即可。
>>> def choose_class(name):
… if name == 'foo':
… class Foo(object):
… pass
… return Foo # 返回的是類(lèi)，不是類(lèi)的實(shí)例
… else:
… class Bar(object):
… pass
… return Bar
…
>>> MyClass = choose_class('foo')
>>> print MyClass # 函數(shù)返回的是類(lèi)，不是類(lèi)的實(shí)例
>>> print MyClass() # 你可以通過(guò)這個(gè)類(lèi)創(chuàng)建類(lèi)實(shí)例，也就是對(duì)象
<__main__.Foo object at 0x89c6d4c> 但這還不夠動(dòng)態(tài)，因?yàn)槟闳匀恍枰约壕帉?xiě)整個(gè)類(lèi)的代碼。由于類(lèi)也是對(duì)象，所以它們必須是通過(guò)什么東西來(lái)生成的才對(duì)。當(dāng)你使用class關(guān)鍵字時(shí)，Python解釋器自動(dòng)創(chuàng)建這個(gè)對(duì)象。但就和Python中的大多數(shù)事情一樣，Python仍然提供給你手動(dòng)處理的方法。
還記得內(nèi)建函數(shù)type嗎？這個(gè)古老但強(qiáng)大的函數(shù)能夠讓你知道一個(gè)對(duì)象的類(lèi)型是什么，就像這樣：
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>>> print type(1) #數(shù)值的類(lèi)型
>>> print type("1") #字符串的類(lèi)型
>>> print type(ObjectCreator()) #實(shí)例對(duì)象的類(lèi)型
>>> print type(ObjectCreator) #類(lèi)的類(lèi)型
仔細(xì)觀察上面的運(yùn)行結(jié)果，發(fā)現(xiàn)使用type對(duì)ObjectCreator查看類(lèi)型是，答案為type， 是不是有些驚訝。。?？聪旅?/p>
3. 使用type創(chuàng)建類(lèi)
type還有一種完全不同的功能，動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建類(lèi)。
type可以接受一個(gè)類(lèi)的描述作為參數(shù)，然后返回一個(gè)類(lèi)。（要知道，根據(jù)傳入?yún)?shù)的不同，同一個(gè)函數(shù)擁有兩種完全不同的用法是一件很傻的事情，但這在Python中是為了保持向后兼容性）
type可以像這樣工作：
type(類(lèi)名, 由父類(lèi)名稱(chēng)組成的元組（針對(duì)繼承的情況，可以為空），包含屬性的字典（名稱(chēng)和值）)
比如下面的代碼：
In [2]: class Test: #定義了一個(gè)Test類(lèi)
...: pass
...:
In [3]: Test() #創(chuàng)建了一個(gè)Test類(lèi)的實(shí)例對(duì)象
Out[3]: <__main__.Test at 0x10d3f8438>可以手動(dòng)像這樣創(chuàng)建：
Test2 = type("Test2",(),{}) #定了一個(gè)Test2類(lèi)
In [5]: Test2() #創(chuàng)建了一個(gè)Test2類(lèi)的實(shí)例對(duì)象
Out[5]: <__main__.Test2 at 0x10d406b38>我們使用"Test2"作為類(lèi)名，并且也可以把它當(dāng)做一個(gè)變量來(lái)作為類(lèi)的引用。類(lèi)和變量是不同的，這里沒(méi)有任何理由把事情弄的復(fù)雜。即type函數(shù)中第1個(gè)實(shí)參，也可以叫做其他的名字，這個(gè)名字表示類(lèi)的名字
In [23]: MyDogClass = type('MyDog', (), {})
In [24]: print MyDogClass
使用help來(lái)測(cè)試這2個(gè)類(lèi)
In [10]: help(Test) #用help查看Test類(lèi)
Help on class Test in module __main__:
class Test(builtins.object)
| Data descriptors defined here:
|
| __dict__
| dictionary for instance variables (if defined)
|
| __weakref__
| list of weak references to the object (if defined)
In [8]: help(Test2) #用help查看Test2類(lèi)
Help on class Test2 in module __main__:
class Test2(builtins.object)
| Data descriptors defined here:
|
| __dict__
| dictionary for instance variables (if defined)
|
| __weakref__
| list of weak references to the object (if defined)4. 使用type創(chuàng)建帶有屬性的類(lèi)
type 接受一個(gè)字典來(lái)為類(lèi)定義屬性，因此
>>> Foo = type('Foo', (), {'bar':True})可以翻譯為：
>>> class Foo(object):
… bar = True并且可以將Foo當(dāng)成一個(gè)普通的類(lèi)一樣使用：
>>> print Foo
>>> print Foo.bar
True
>>> f = Foo()
>>> print f
<__main__.Foo object at 0x8a9b84c>
>>> print f.bar
True 當(dāng)然，你可以向這個(gè)類(lèi)繼承，所以，如下的代碼：
>>> class FooChild(Foo):
… pass就可以寫(xiě)成：
>>> FooChild = type('FooChild', (Foo,),{})
>>> print FooChild
>>> print FooChild.bar # bar屬性是由Foo繼承而來(lái)
True 注意：
type的第2個(gè)參數(shù)，元組中是父類(lèi)的名字，而不是字符串
添加的屬性是類(lèi)屬性，并不是實(shí)例屬性
5. 使用type創(chuàng)建帶有方法的類(lèi)
最終你會(huì)希望為你的類(lèi)增加方法。只需要定義一個(gè)有著恰當(dāng)簽名的函數(shù)并將其作為屬性賦值就可以了。
添加實(shí)例方法
In [46]: def echo_bar(self): #定義了一個(gè)普通的函數(shù)
...: print(self.bar)
...:
In [47]: FooChild = type('FooChild', (Foo,), {'echo_bar': echo_bar}) #讓FooChild類(lèi)中的echo_bar屬性，指向了上面定義的函數(shù)
In [48]: hasattr(Foo, 'echo_bar') #判斷Foo類(lèi)中，是否有echo_bar這個(gè)屬性
Out[48]: False
In [49]:
In [49]: hasattr(FooChild, 'echo_bar') #判斷FooChild類(lèi)中，是否有echo_bar這個(gè)屬性
Out[49]: True
In [50]: my_foo = FooChild()
In [51]: my_foo.echo_bar()
True添加靜態(tài)方法
In [36]: @staticmethod
...: def testStatic():
...: print("static method ....")
...:
In [37]: Foochild = type('Foochild', (Foo,), {"echo_bar":echo_bar, "testStatic":
...: testStatic})
In [38]: fooclid = Foochild()
In [39]: fooclid.testStatic
Out[39]:
In [40]: fooclid.testStatic()
static method ....
In [41]: fooclid.echo_bar()
True 添加類(lèi)方法
In [42]: @classmethod
...: def testClass(cls):
...: print(cls.bar)
...:
In [43]:
In [43]: Foochild = type('Foochild', (Foo,), {"echo_bar":echo_bar, "testStatic":
...: testStatic, "testClass":testClass})
In [44]:
In [44]: fooclid = Foochild()
In [45]: fooclid.testClass()
True你可以看到，在Python中，類(lèi)也是對(duì)象，你可以動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建類(lèi)。這就是當(dāng)你使用關(guān)鍵字class時(shí)Python在幕后做的事情，而這就是通過(guò)元類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
6. 到底什么是元類(lèi)（終于到主題了）
元類(lèi)就是用來(lái)創(chuàng)建類(lèi)的“東西”。你創(chuàng)建類(lèi)就是為了創(chuàng)建類(lèi)的實(shí)例對(duì)象，不是嗎？但是我們已經(jīng)學(xué)習(xí)到了Python中的類(lèi)也是對(duì)象。
元類(lèi)就是用來(lái)創(chuàng)建這些類(lèi)（對(duì)象）的，元類(lèi)就是類(lèi)的類(lèi)，你可以這樣理解為：
MyClass = MetaClass() #使用元類(lèi)創(chuàng)建出一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象稱(chēng)為“類(lèi)”
MyObject = MyClass() #使用“類(lèi)”來(lái)創(chuàng)建出實(shí)例對(duì)象你已經(jīng)看到了type可以讓你像這樣做：
MyClass = type('MyClass', (), {})這是因?yàn)楹瘮?shù)type實(shí)際上是一個(gè)元類(lèi)。type就是Python在背后用來(lái)創(chuàng)建所有類(lèi)的元類(lèi)?，F(xiàn)在你想知道那為什么type會(huì)全部采用小寫(xiě)形式而不是Type呢？
好吧，我猜這是為了和str保持一致性，str是用來(lái)創(chuàng)建字符串對(duì)象的類(lèi)，而int是用來(lái)創(chuàng)建整數(shù)對(duì)象的類(lèi)。type就是創(chuàng)建類(lèi)對(duì)象的類(lèi)。你可以通過(guò)檢查class屬性來(lái)看到這一點(diǎn)。Python中所有的東西，注意，我是指所有的東西——都是對(duì)象。這包括整數(shù)、字符串、函數(shù)以及類(lèi)。它們?nèi)慷际菍?duì)象，而且它們都是從一個(gè)類(lèi)創(chuàng)建而來(lái)，這個(gè)類(lèi)就是type。
>>> age = 35
>>> age.__class__
>>> name = 'bob'
>>> name.__class__
>>> def foo(): pass
>>>foo.__class__
>>> class Bar(object): pass
>>> b = Bar()
>>> b.__class__
現(xiàn)在，對(duì)于任何一個(gè)class的class屬性又是什么呢？
>>> a.__class__.__class__
>>> age.__class__.__class__
>>> foo.__class__.__class__
>>> b.__class__.__class__
因此，元類(lèi)就是創(chuàng)建類(lèi)這種對(duì)象的東西。type就是Python的內(nèi)建元類(lèi)，當(dāng)然了，你也可以創(chuàng)建自己的元類(lèi)。
7. metaclass屬性
你可以在定義一個(gè)類(lèi)的時(shí)候?yàn)槠涮砑?strong>metaclass屬性。
class Foo(object):
__metaclass__ = something…
...省略...如果你這么做了，Python就會(huì)用元類(lèi)來(lái)創(chuàng)建類(lèi)Foo。小心點(diǎn)，這里面有些技巧。你首先寫(xiě)下class Foo(object)，但是類(lèi)Foo還沒(méi)有在內(nèi)存中創(chuàng)建。Python會(huì)在類(lèi)的定義中尋找metaclass屬性，如果找到了，Python就會(huì)用它來(lái)創(chuàng)建類(lèi)Foo，如果沒(méi)有找到，就會(huì)用內(nèi)建的type來(lái)創(chuàng)建這個(gè)類(lèi)。把下面這段話反復(fù)讀幾次。當(dāng)你寫(xiě)如下代碼時(shí) :
class Foo(Bar):
passPython做了如下的操作：
Foo中有metaclass這個(gè)屬性嗎？如果是，Python會(huì)通過(guò)metaclass創(chuàng)建一個(gè)名字為Foo的類(lèi)(對(duì)象)
如果Python沒(méi)有找到metaclass，它會(huì)繼續(xù)在Bar（父類(lèi)）中尋找metaclass屬性，并嘗試做和前面同樣的操作。
如果Python在任何父類(lèi)中都找不到metaclass，它就會(huì)在模塊層次中去尋找metaclass，并嘗試做同樣的操作。
如果還是找不到metaclass,Python就會(huì)用內(nèi)置的type來(lái)創(chuàng)建這個(gè)類(lèi)對(duì)象。
現(xiàn)在的問(wèn)題就是，你可以在metaclass中放置些什么代碼呢？答案就是：可以創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)的東西。那么什么可以用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)呢？type，或者任何使用到type或者子類(lèi)化type的東東都可以。
8. 自定義元類(lèi)
元類(lèi)的主要目的就是為了當(dāng)創(chuàng)建類(lèi)時(shí)能夠自動(dòng)地改變類(lèi)。通常，你會(huì)為API做這樣的事情，你希望可以創(chuàng)建符合當(dāng)前上下文的類(lèi)。
假想一個(gè)很傻的例子，你決定在你的模塊里所有的類(lèi)的屬性都應(yīng)該是大寫(xiě)形式。有好幾種方法可以辦到，但其中一種就是通過(guò)在模塊級(jí)別設(shè)定metaclass。采用這種方法，這個(gè)模塊中的所有類(lèi)都會(huì)通過(guò)這個(gè)元類(lèi)來(lái)創(chuàng)建，我們只需要告訴元類(lèi)把所有的屬性都改成大寫(xiě)形式就萬(wàn)事大吉了。
幸運(yùn)的是，metaclass實(shí)際上可以被任意調(diào)用，它并不需要是一個(gè)正式的類(lèi)。所以，我們這里就先以一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)作為例子開(kāi)始。
python2中
#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
#遍歷屬性字典，把不是__開(kāi)頭的屬性名字變?yōu)榇髮?xiě)
newAttr = {}
for name,value in future_class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
newAttr[name.upper()] = value
#調(diào)用type來(lái)創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)
return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)
class Foo(object):
__metaclass__ = upper_attr #設(shè)置Foo類(lèi)的元類(lèi)為upper_attr
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
f = Foo()
print(f.BAR)python3中
#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
#遍歷屬性字典，把不是__開(kāi)頭的屬性名字變?yōu)榇髮?xiě)
newAttr = {}
for name,value in future_class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
newAttr[name.upper()] = value
#調(diào)用type來(lái)創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)
return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)
class Foo(object, metaclass=upper_attr):
bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
f = Foo()
print(f.BAR)現(xiàn)在讓我們?cè)僮鲆淮危@一次用一個(gè)真正的class來(lái)當(dāng)做元類(lèi)。
#coding=utf-8
class UpperAttrMetaClass(type):
# __new__ 是在__init__之前被調(diào)用的特殊方法
# __new__是用來(lái)創(chuàng)建對(duì)象并返回之的方法
# 而__init__只是用來(lái)將傳入的參數(shù)初始化給對(duì)象
# 你很少用到__new__，除非你希望能夠控制對(duì)象的創(chuàng)建
# 這里，創(chuàng)建的對(duì)象是類(lèi)，我們希望能夠自定義它，所以我們這里改寫(xiě)__new__
# 如果你希望的話，你也可以在__init__中做些事情
# 還有一些高級(jí)的用法會(huì)涉及到改寫(xiě)__call__特殊方法，但是我們這里不用
def __new__(cls, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
#遍歷屬性字典，把不是__開(kāi)頭的屬性名字變?yōu)榇髮?xiě)
newAttr = {}
for name,value in future_class_attr.items():
if not name.startswith("__"):
newAttr[name.upper()] = value
# 方法1：通過(guò)'type'來(lái)做類(lèi)對(duì)象的創(chuàng)建
# return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)
# 方法2：復(fù)用type.__new__方法
# 這就是基本的OOP編程，沒(méi)什么魔法
# return type.__new__(cls, future_class_name, future_class_parents, newAttr)
# 方法3：使用super方法
return super(UpperAttrMetaClass, cls).__new__(cls, future_class_name, future_class_parents, newAttr)
#python2的用法
class Foo(object):
__metaclass__ = UpperAttrMetaClass
bar = 'bip'
# python3的用法
# class Foo(object, metaclass = UpperAttrMetaClass):
# bar = 'bip'
print(hasattr(Foo, 'bar'))
# 輸出: False
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
# 輸出:True
f = Foo()
print(f.BAR)
# 輸出:'bip'就是這樣，除此之外，關(guān)于元類(lèi)真的沒(méi)有別的可說(shuō)的了。但就元類(lèi)本身而言，它們其實(shí)是很簡(jiǎn)單的：
現(xiàn)在回到我們的大主題上來(lái)，究竟是為什么你會(huì)去使用這樣一種容易出錯(cuò)且晦澀的特性？好吧，一般來(lái)說(shuō)，你根本就用不上它：
“元類(lèi)就是深度的魔法，99%的用戶(hù)應(yīng)該根本不必為此操心。如果你想搞清楚究竟是否需要用到元類(lèi)，那么你就不需要它。那些實(shí)際用到元類(lèi)的人都非常清楚地知道他們需要做什么，而且根本不需要解釋為什么要用元類(lèi)。” —— Python界的領(lǐng)袖 Tim Peters
另外有需要云服務(wù)器可以了解下創(chuàng)新互聯(lián)cdcxhl.cn，海內(nèi)外云服務(wù)器15元起步，三天無(wú)理由+7*72小時(shí)售后在線，公司持有idc許可證，提供“云服務(wù)器、裸金屬服務(wù)器、高防服務(wù)器、香港服務(wù)器、美國(guó)服務(wù)器、虛擬主機(jī)、免備案服務(wù)器”等云主機(jī)租用服務(wù)以及企業(yè)上云的綜合解決方案，具有“安全穩(wěn)定、簡(jiǎn)單易用、服務(wù)可用性高、性?xún)r(jià)比高”等特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，專(zhuān)為企業(yè)上云打造定制，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)豐富、多元化的應(yīng)用場(chǎng)景需求。
