這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)python中metaclass的作用是什么，文章內(nèi)容豐富且以專(zhuān)業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

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類(lèi)也是對(duì)象

在理解metaclass之前，我們先要掌握python中的類(lèi)(class)是什么。

python中類(lèi)的概念，是借鑒自smalltalk語(yǔ)言。

在大部分語(yǔ)言中，類(lèi)指的是"描述如何產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象(object)"的一段代碼,這對(duì)于python也是如此。

>>> class ObjectCreator(object): ...       pass ... >>> my_object = ObjectCreator() >>> print(my_object) <__main__.ObjectCreator object at 0x8974f2c>

但是,在python中,類(lèi)遠(yuǎn)不止如此，類(lèi)同時(shí)也是對(duì)象。當(dāng)你遇到關(guān)鍵詞class的時(shí)候，python就會(huì)自動(dòng)執(zhí)行產(chǎn)生一個(gè)對(duì)象。下面的代碼段中:

>>> class ObjectCreator(object): ...       pass ...

python在內(nèi)存中產(chǎn)生了一個(gè)名叫做"ObjectCreator"的對(duì)象。這個(gè)對(duì)象(類(lèi))自身?yè)碛挟a(chǎn)生對(duì)象(實(shí)例instance)的能力。  這就是為什么稱(chēng)呼這東西(后面遇到容易混淆的地方,我們稱(chēng)之為:類(lèi)對(duì)象)也是類(lèi)的原因。同時(shí)，它也是一個(gè)對(duì)象，因此你可以對(duì)它做如下操作:

• 賦值給變量

• 復(fù)制它

• 為它增加屬性(attribute)

• 作為參數(shù)傳值給函數(shù)

舉例：

>>> print(ObjectCreator) # 你可以打印一個(gè)類(lèi),因?yàn)樗瑫r(shí)也是對(duì)象   >>> def echo(o): ...     print(o) ... >>> echo(ObjectCreator) # 作為參數(shù)傳值給函數(shù)   >>> print(hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')) False >>> ObjectCreator.new_attribute = 'foo' # you can add attributes to a class >>> print(hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')) True >>> print(ObjectCreator.new_attribute) foo  >>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # 將類(lèi)賦值給變量 >>> print(ObjectCreatorMirror.new_attribute) foo >>> print(ObjectCreatorMirror()) <__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c>

動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類(lèi)

既然類(lèi)也是對(duì)象，那么我們就可以在運(yùn)行的時(shí)候創(chuàng)建它，跟創(chuàng)建對(duì)象一樣自然。

首先，我們使用class關(guān)鍵字定義一個(gè)產(chǎn)生類(lèi)的函數(shù):

>>> def choose_class(name): ...     if name == 'foo': ...         class Foo(object): ...             pass ...         return Foo # return the class, not an instance ...     else: ...         class Bar(object): ...             pass ...         return Bar ... >>> MyClass = choose_class('foo') >>> print(MyClass) # the function returns a class, not an instance  >>> print(MyClass()) # you can create an object from this class <__main__.Foo object at 0x89c6d4c>

這很容易理解吧。但是，這并不那么動(dòng)態(tài)啊。我們還是需要自己來(lái)寫(xiě)這個(gè)類(lèi)的代碼。

既然類(lèi)也是對(duì)象，那就應(yīng)該有用來(lái)產(chǎn)生它的東西。這東西就是type。

先來(lái)說(shuō)說(shuō)你所認(rèn)識(shí)的type。這個(gè)古老而好用的函數(shù)，可以讓我們知道一個(gè)對(duì)象的類(lèi)型是什么。

>>> print(type(1))  >>> print(type("1"))  >>> print(type(ObjectCreator))  >>> print(type(ObjectCreator())) 

實(shí)際上，type還有一個(gè)完全不同的功能，它可以在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生類(lèi)。type可以傳入一些參數(shù)，然后返回一個(gè)類(lèi)。(好吧，必須承認(rèn)，根據(jù)不同的傳入?yún)?shù)，一個(gè)相同的函數(shù)type居然會(huì)有兩個(gè)完全不同的作用，這很愚蠢。不過(guò)python這樣做是為了保持向后兼容性。)

下面舉例type創(chuàng)建類(lèi)的用法。首先，對(duì)于類(lèi)一般是這么定義的:

>>> class MyShinyClass(object): ...       pass

在下面，MyShinyClass也可以這樣子被創(chuàng)建出來(lái),并且跟上面的創(chuàng)建方法有一樣的表現(xiàn):

>>> MyShinyClass = type('MyShinyClass', (), {}) # returns a class object >>> print(MyShinyClass)  >>> print(MyShinyClass()) # create an instance with the class <__main__.MyShinyClass object at 0x8997cec>

type創(chuàng)建類(lèi)需要傳入三個(gè)參數(shù),分別為:

• 類(lèi)的名字

• 一組"類(lèi)的父類(lèi)"的元組(tuple) (這個(gè)會(huì)實(shí)現(xiàn)繼承,也可以為空)

• 字典 (類(lèi)的屬性名與值,key-value的形式，不傳相當(dāng)于為空，如一般寫(xiě)法中的pass).

下面來(lái)點(diǎn)復(fù)雜的，來(lái)更好的理解type傳入的三個(gè)參數(shù):

class Foo(object):     bar = True      def echo_bar(self):         print(self.bar)

等價(jià)于:

def echo_bar(self):     print(self.bar)  Foo = type('Foo', (), {'bar':True, 'echo_bar': echo_bar})

想要看點(diǎn)有繼承關(guān)系的類(lèi)的實(shí)現(xiàn),來(lái):

class FooChild(Foo):     pass

等價(jià)于:

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

回顧一下我們學(xué)到哪了: 在python中，類(lèi)就是對(duì)象，并且你可以在運(yùn)行的時(shí)候動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類(lèi).

那到底什么是metaclass(元類(lèi))

metaclass 就是創(chuàng)建類(lèi)的那家伙。(事實(shí)上,type就是一個(gè)metaclass)

我們知道,我們定義了class就是為了能夠創(chuàng)建object的，沒(méi)錯(cuò)吧?

我們也學(xué)習(xí)了，python中類(lèi)也是對(duì)象。

那么，metaclass就是用來(lái)創(chuàng)造“類(lèi)對(duì)象”的類(lèi).它是“類(lèi)對(duì)象”的“類(lèi)”。

可以這樣子來(lái)理解:

MyClass = MetaClass() MyObject = MyClass()

也可以用我們上面學(xué)到的type來(lái)表示:

MyClass = type('MyClass', (), {})

說(shuō)白了,函數(shù)type就是一個(gè)特殊的metaclass.

python在背后使用type創(chuàng)造了所有的類(lèi)。type是所有類(lèi)的metaclass.

我們可以使用__class__屬性來(lái)驗(yàn)證這個(gè)說(shuō)法.

在python中，一切皆為對(duì)象：整數(shù)、字符串、函數(shù)、類(lèi).所有這些對(duì)象，都是通過(guò)類(lèi)來(lái)創(chuàng)造的.

>>> age = 35 >>> age.__class__   >>> name = 'bob' >>> name.__class__   >>> def foo(): pass >>> foo.__class__   >>> class Bar(object): pass >>> b = Bar() >>> b.__class__ 

那么，__class__的__class__又是什么呢?

>>> age.__class__.__class__  >>> name.__class__.__class__  >>> foo.__class__.__class__  >>> b.__class__.__class__ 

metaclass就是創(chuàng)造類(lèi)對(duì)象的工具.如果你喜歡，你也可以稱(chēng)之為"類(lèi)的工廠".

type是python內(nèi)置的metaclass。不過(guò)，你也可以編寫(xiě)自己的metaclass.

__metaclass__ 屬性

我們可以在一個(gè)類(lèi)中加入 __metaclass__ 屬性.

class Foo(object):     __metaclass__ = something...     [...]

當(dāng)你這么做了，python就會(huì)使用metaclass來(lái)創(chuàng)造類(lèi):Foo。

注意啦，這里有些技巧的。

當(dāng)你寫(xiě)下class Foo(object)的時(shí)候，類(lèi)對(duì)象Foo還沒(méi)有在內(nèi)存中生成。

python會(huì)在類(lèi)定義中尋找__metaclass__ 。如果找到了，python就會(huì)使用這個(gè)__metaclass__ 來(lái)創(chuàng)造類(lèi)對(duì)象:  Foo。如果沒(méi)找到，python就使用type來(lái)創(chuàng)造Foo。

請(qǐng)把下面的幾段話重復(fù)幾遍：

當(dāng)你寫(xiě)如下代碼的時(shí)候:

class Foo(Bar):  pass

python做了以下事情:

Foo中有__metaclass__這個(gè)屬性嗎?

如果有，python會(huì)在內(nèi)存中通過(guò)__metaclass__創(chuàng)建一個(gè)名字為Foo的類(lèi)對(duì)象。

如果python沒(méi)有在Foo中找到__metaclass__，它會(huì)繼續(xù)在Bar(父類(lèi))中尋找__metaclass__，并嘗試做和前面同樣的操作。

如果python由下往上遍歷父類(lèi)也都沒(méi)有找不到__metaclass__，它就會(huì)在模塊(module)中去尋找__metaclass__，并嘗試做同樣的操作。

如果還是沒(méi)有找不到__metaclass__， python才會(huì)用內(nèi)置的type(這也是一個(gè)metaclass)來(lái)創(chuàng)建這個(gè)類(lèi)對(duì)象。

現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了,我們要怎么用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)__metaclass__呢? 寫(xiě)一些可以用來(lái)產(chǎn)生類(lèi)(class)的東西就行。

那什么可以產(chǎn)生類(lèi)?無(wú)疑就是type，或者type的任何子類(lèi),或者任何使用到type的東西都行.

自定義metaclass

使用metaclass的主要目的，是為了能夠在創(chuàng)建類(lèi)的時(shí)候，自動(dòng)地修改類(lèi)。

一個(gè)很傻的需求，我們決定要將該模塊中的所有類(lèi)的屬性，改為大寫(xiě)。

有幾種方法可以做到，這里使用__metaclass__來(lái)實(shí)現(xiàn).

在模塊的層次定義metaclass,模塊中的所有類(lèi)都會(huì)使用它來(lái)創(chuàng)造類(lèi)。我們只需要告訴metaclass,將所有的屬性轉(zhuǎn)化為大寫(xiě)。

# type也是一個(gè)類(lèi)，我們可以繼承它. 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)象并返回這個(gè)對(duì)象     # 而__init__只是將傳入的參數(shù)初始化給對(duì)象     # 實(shí)際中,你很少會(huì)用到__new__，除非你希望能夠控制對(duì)象的創(chuàng)建     # 在這里，類(lèi)是我們要?jiǎng)?chuàng)建的對(duì)象，我們希望能夠自定義它，所以我們改寫(xiě)了__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__，但這里我們就先不這樣.      def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name,                 future_class_parents, future_class_attr):          uppercase_attr = {}         for name, val in future_class_attr.items():             if not name.startswith('__'):                 uppercase_attr[name.upper()] = val             else:                 uppercase_attr[name] = val         return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)

這里的方式其實(shí)不是OOP(面向?qū)ο缶幊?.因?yàn)槲覀冎苯诱{(diào)用了type,而不是改寫(xiě)父類(lèi)的__type__方法.

所以我們也可以這樣子處理:

class UpperAttrMetaclass(type):      def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name,                 future_class_parents, future_class_attr):          uppercase_attr = {}         for name, val in future_class_attr.items():             if not name.startswith('__'):                 uppercase_attr[name.upper()] = val             else:                 uppercase_attr[name] = val         return type.__new__(upperattr_metaclass, future_class_name,                             future_class_parents, uppercase_attr)

這樣子看,我們只是復(fù)用了 type.__new__方法,這就是我們熟悉的基本的OOP編程，沒(méi)什么魔法可言.

你可能注意到,__new__方法相比于

type(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr)

多了一個(gè)參數(shù): upperattr_metaclass, 請(qǐng)別在意,這沒(méi)什么特別的: __new__總是將"它要定義的類(lèi)"作為***個(gè)參數(shù)。

這就好比是 self 在類(lèi)的一般方法(method)中一樣,也是被作為***個(gè)參數(shù)傳入。

當(dāng)然啦，這里的名字的確是我起的太長(zhǎng)了。就像self一樣，所有的參數(shù)都有它們傳統(tǒng)的名稱(chēng)。因此，在實(shí)際的代碼中,一個(gè)metaclass應(yīng)該是寫(xiě)成下面樣子的:

(我們同時(shí)使用常見(jiàn)的super來(lái)讓代碼更清晰)

class UpperAttrMetaclass(type):      def __new__(cls, clsname, bases, attrs):         uppercase_attr = {}         for name, val in attrs.items():             if not name.startswith('__'):                 uppercase_attr[name.upper()] = val             else:                 uppercase_attr[name] = val         return super(UpperAttrMetaclass, cls).__new__(cls, clsname, bases, attrs)

使用了 metaclass 的代碼是比較復(fù)雜，但我們使用它的原因并不是為了復(fù)雜, 而是因?yàn)槲覀兺ǔ?huì)使用 metaclass 去做一些晦澀的事情,比如,  依賴(lài)于自省，控制繼承等等。

確實(shí)，用 metaclass 來(lái)搞些“黑魔法”是特別有用的，因而會(huì)復(fù)雜化代碼。

但就metaclass本身而言，它們其實(shí)是很簡(jiǎn)單的：中斷類(lèi)的默認(rèn)創(chuàng)建、修改類(lèi)、***返回修改后的類(lèi).

到底為什么要使用metaclass

現(xiàn)在我們面臨一個(gè)問(wèn)題: 為什么要使用metaclass? 它容易出錯(cuò)且晦澀難懂.

好吧，一般來(lái)說(shuō)，我們根本就用不上它, 99%的用戶(hù)應(yīng)該根本不必為此操心。

實(shí)際用到metaclass的人，很清楚他們到底需要做什么,根本不用解釋為什么要用.

metaclass 的一個(gè)主要用途就是構(gòu)建API。Django(一個(gè)python實(shí)現(xiàn)的web框架)的ORM 就是一個(gè)例子。

用Django先定義了以下Model:

class Person(models.Model):     name = models.CharField(max_length=30)     age = models.IntegerField()

然后執(zhí)行下面代碼:

guy = Person.objects.get(name='bob')  print guy.age # result is 35

這里打印的輸出并不是IntegerField，而是一個(gè)int，int是從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取的.

這是因?yàn)?models.Model 使用  __metaclass__來(lái)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)。但對(duì)于你看來(lái),這就是簡(jiǎn)單的API而已,不用關(guān)心背后的復(fù)雜工作。

上述就是小編為大家分享的python中metaclass的作用是什么了，如果剛好有類(lèi)似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)行業(yè)資訊頻道。