本文轉自博客:http://www.cnblogs.com/piperck/p/5840443.html

作者:piperck

python 類和元類(metaclass)的理解和簡單運用

(一) python中的類

首先這裏討論的python類，都基於繼承於object的新式類進行討論。

首先在python中，所有東西都是對象。這句話非常重要要理解元類我要重新來理解一下python中的類

class Trick(object):
    pass

當python在執行帶class語句的時候，會初始化一個類對象放在內存裏面。例如這裏會初始化一個Trick對象

這個對象(類)自身擁有創建對象(通常我們說的實例，但是在python中還是對象)的能力。

為了方便後續理解，我們可以先嘗試一下在新式類中最古老厲害的關鍵字type。

input:
class Trick(object):

pass

print type(‘123‘)
print type(123)
print type(Trick())

output:
<type ‘str‘>
<type ‘int‘>
<class ‘__main__.Trick‘>

可以看到能得到我們平時使用的 str, int, 以及我們初始化的一個實例對象Trick()

但是下面的方法你可能沒有見過，type同樣可以用來動態創建一個類

type(類名, 父類的元組（針對繼承的情況，可以為空），包含屬性的字典（名稱和值）)

這個怎麽用呢，我要用這個方法創建一個類 讓我們看下下面的代碼

input:
print type(‘trick‘, (), {})

output:
<class ‘__main__.trick‘>

同樣我們可以實例化這個類對象

input:
print type(‘trick‘, (), {})()

output:
<__main__.trick object at 0x109283450>

可以看到，這裏就是一個trick的實例對象了。

同樣的這個方法還可以初始化創建類的父類，同時也可以初始化類屬性:

input:
class FlyToSky(object):
    pass

pw = type(‘Trick‘, (FlyToSky, ), {‘laugh_at‘: ‘hahahaha‘})
print pw().laugh_at
print pw.__dict__
print pw.__bases__
print pw().__class__
print pw().__class__.__class__


output:
hahahaha
{‘__module__‘: ‘__main__‘, ‘laugh_at‘: ‘hahahaha‘, ‘__doc__‘: None}
(<class ‘__main__.FlyToSky‘>,)
<class ‘__main__.Trick‘>
<type ‘type‘>
 

下面我將依次理一下上面的內容，在此之前我必須先介紹兩個魔法方法：

1. __class__這個方法用於查看對象屬於是哪個生成的，這樣理解在python中的所有東西都是對象，類對象也是對象。如果按照以前的思維來想的話就是類是元類的實例，而實例對象是類的實例。

2. __bases__這個方法用於得到一個對象的父類是誰，特別註意一下__base__返回單個父類，__bases__以tuple形式返回所有父類。

好了知道了這兩個方法我來依次說一下每行什麽意思。

1. 使用type創建一個類賦值給pw type的接受的三個參數的意思分辨是(類的名稱， 類是否有父類(), 類的屬性字典{})

2. 這裏初始化一個類的實例，然後嘗試去獲得父類的laugh_at屬性值，然後得到結果hahahaha

3. 取一個pw的也就是我們常見類的類字典數據

4. 拿到pw的父類，結果是我們指定的 FlyToSky

5. pw的實例pw()屬於哪個類初始化的，可以看到是class Trick

6. 我們再看class trick是誰初始化的？ 就是元類type了

(二) 什麽是元類以及簡單運用

這一切介紹完之後我們總算可以進入正題

到底什麽是元類？通俗的就是說，元類就是創建類的類。。。這樣聽起來是不是超級抽象？

來看看這個

Trick = MetaClass()
MyObject = Trick()

上面我們已經介紹了，搞一個Trick可以直接這樣

Trick = type(‘Trick‘, (), {})

可以這樣其實就是因為，Type實際上是一個元類，用他可以去創建類。什麽是元類剛才說了，元類就是創建類的類。也可以說他就是一個類的創建工廠。

類上面的__metaclass__屬性，相信願意了解元類細節的盆友，都肯定見過這個東西，而且為之好奇。不然我不知道是什麽支撐你看到這裏的??。使用了__metaclass__這個魔法方法就意味著就會用__metaclass__指定的元類來創建類了。

class Trick(FlyToSky):
    pass

當我們在創建上面的類的時候，python做了如下的操作：

Trick中有__metaclass__這個屬性嗎？如果有，那麽Python會在內存中通過__metaclass__創建一個名字為Trick的類對象，也就是Trick這個東西。如果Python沒有找到__metaclass__，它會繼續在自己的父類FlyToSky中尋找__metaclass__屬性，並且嘗試以__metaclass__指定的方法創建一個Trick類對象。如果Python在任何一個父類中都找不到__metaclass__，它也不會就此放棄，而是去模塊中搜尋是否有__metaclass__的指定。如果還是找不到，好吧那就是使用默認的type來創建Trick。

那麽問題來了，我們要在__metaclass__中放置什麽呢？答案是可以創建一個類的東西，type,或者任何用到type或子類化type的東西都行。

(三) 自定義元類

自定義類的的目的，我總結了一下就是攔截類的創建，然後修改一些特性，然後返回該類。是不是有點熟悉？沒錯，就是感覺是裝飾器幹的事情，只是裝飾器是修飾一個函數，同樣是一個東西進去，然後被額外加了一些東西，最後被返回。

其實除了上面談到的制定一個__metaclass__並不需要賦值給它的不一定要是正式類，是一個函數也可以。要創建一個使所有模塊級別都是用這個元類創建類的話，在模塊級別設定__metaclass__就可以了。先寫一個來試試看，我還是延用stackoverflow上面那個哥們的例子，將所有的屬性都改為大寫的。??

來看這個例子：

input:
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
    """
    返回一個對象,將屬性都改為大寫的形式
    :param class_name:  類的名稱
    :param class_parents: 類的父類tuple
    :param class_attr: 類的參數
    :return: 返回類
    """
    # 生成了一個generator
    attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith(‘__‘))
    uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
    return type(class_name, class_parents, uppercase_attrs)

__metaclass__ = upper_attr

pw = upper_attr(‘Trick‘, (), {‘bar‘: 0})
print hasattr(pw, ‘bar‘)
print hasattr(pw, ‘BAR‘)
print pw.BAR

output:
False
True
0

可以從上面看到，我實現了一個元類(metaclass)， 然後指定了模塊使用這個元類來創建類，所以當我下面使用type進行類創建的時候，可以發現小寫的bar參數被替換成了大寫的BAR參數，並且在最後我調用了這個類屬性並，打印了它。

上面我們使用了函數做元類傳遞給類，下面我們使用一個正式類來作為元類傳遞給__metaclass__

class UpperAttrMetaClass(type):
    def __new__(mcs, class_name, class_parents, class_attr):
        attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith(‘__‘))
        uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
        return super(UpperAttrMetaClass, mcs).__new__(mcs, class_name, class_parents, uppercase_attrs)


class Trick(object):
    __metaclass__ = UpperAttrMetaClass
    bar = 12
    money = ‘unlimited‘

print Trick.BAR
print Trick.MONEY

總結：

啊好累好累終於寫完了。。。寫了好久，總之就像我上面說的，略帶一點裝飾器的思路去理解元類這件事情，可能會讓你豁然開朗。元類這種黑暗魔法按照常理來說是不應該被廣泛使用的，從寫業務代碼一年差不多一年，除了在完成kepler項目的時候稍微黑魔法了一下(實際是根本不需要這樣操作)，其他地方都沒有用到過。等到真正需要的時候，你可能不會去思考為什麽要去使用，而是因為要解決問題所以就是要這樣寫，所以才出現了元類這種東西。我是這樣理解的，一個東西存在的真正意義就在於你可以用這個東西去解決以前難以解決的問題，可以讓難以解決的問題變得簡單起來，而不是為了炫技讓一個問題變得復雜起來。

Reference:

http://blog.jobbole.com/21351/ 深刻理解Python中的元類

http://stackoverflow.com/questions/100003/what-is-a-metaclass-in-python What is metaclass in Python

python 元類的簡單解釋