日期： 16 September, 2008.

“元類的魔幻變化比 99% 的使用者所擔心的更多，當你搞不懂是否真的需要用它的時候，就是不需要。”

—Tim Peters

元類被稱為 Python 中的“深奧的巫術”。儘管你需要用到它的地方極少（除非你基於 zope 程式設計），可事實上它的基礎理論其實令人驚訝地易懂。

一切皆物件

• 一切皆物件
• 一切都有型別
• “ class ”和“ type ”之間本質上並無不同
• 類也是物件
• 它們的型別是 type

以前，術語 type 用於內建型別，而術語 class 用於使用者定義的類，但自 Pythoon 2.2

對於舊風格（ old-style ）類的型別是 types.ClassType 。

真的，這是真的

Python 2.5.1 ( r251 :54869, Apr 18 2007, 22:08:04) >>> class Something ( object ): ... pass ... >>> Something < class '__main__.Something' > >>> type ( Something ) <

從這裡可以看出在互動式直譯器中建立的類是一個 first class 的物件。

類的類是……

它的元類……

就像物件是類的例項一樣，類是它的元類的例項。

呼叫元類可以建立類。

確切來說， Python 中的其它物件也是如此。

因此當你建立一個類時……

直譯器會呼叫元類來生成它……

定義一個繼承自 object 的普通類意味著呼叫 type 來建立它：

>>> help(type)

Help on class type in module __builtin__:

class type(object)

 | type(object) -> the object's type

 | type(name, bases, dict) -> a new type

type 的第二種用法尤為重要。當 Python 直譯器在執行一條類定義語句時（如例子中最初的兩行程式碼之後），它會用下面的引數呼叫 type ：

• 字串形式的類名
• 元組形式的基類序列——在我們的例子中是隻有一個元素的元組（ ’one-pl’ ） [1] ，如 (object,) 。
• 包括由名字影射的類成員（類屬性、方法等）的字典

簡單模擬

>>> def __init__ ( self ): ... self . message = 'Hello World' ... >>> def say_hello ( self ): ... print self . message ... >>> attrs = { '__init__' : __init__ , 'say_hello' : say_hello } >>> bases = ( object ,) >>> Hello = type ( 'Hello' , bases , attrs ) >>> Hello < class '__main__.Hello' > >>> h = Hello () >>> h . say_hello () Hello World

以上程式碼建立了類屬性的字典，然後呼叫 type 來建立了名為 Hello 的類。

__metaclass__ 的魔法

只要在類定義中把 __metaclass__ 設定為任意有著與 type 相同引數的可呼叫物件，就能夠提供自定義的元類。

通常使用從 type 繼承的方法：

class PointlessMetaclass ( type ): def __new__ ( meta , name , bases , attrs ): # do stuff... return type . __new__ ( meta , name , bases , attrs )

重要的是在 __new__ 方法中我們能夠讀取或改變傳入的用以建立新類的引數。從而能夠內省屬性字典和改動、增加或者刪除成員。

儘管當例項化一個類時這兩個函式都會被呼叫，但覆蓋 __new__ 比 __init__ 更為重要。 __init__ 初始化一個例項，而 __new__ 的職責是建立它。因此如果元類用以自定義類的建立，就需要覆蓋 type 的 __new__ 。

使用新類而非僅僅提供工廠函式的原因在於如果使用工廠函式（那樣只是呼叫 type ）的話元類不會被繼承。

>>> class WhizzBang ( object ): ... __metaclass__ = PointlessMetaclass ... >>> WhizzBang < class '__main__.WhizzBang' > >>> type ( WhizzBang ) < class '__main__.PointlessMetaClass' >

WhizzBang 是一個類，但它現在已經不是 type 的例項，而是我們自定義的元類的例項了……

這有什麼用？

很好的問題，元類將用在建立使用了它的新類時呼叫，這裡是一些關於這樣做的好處的觀點：

• 裝飾（ Decorate ）類的所有方法，用以日誌記錄或者效能剖分。
• 自動 Mix-in 新方法
• 在建立時註冊類。（例如自動註冊外掛或從類成員建立資料庫模式。）
• 提供介面註冊，功能自動發現和介面適配。
• 類校驗：防止子類化，校驗所有的方法是否都有 docstrings 。

最重要之處在於元類中是在最後對 type 的呼叫時才真正建立類，所以可以自由地隨你喜歡地改變屬性字典（以及名稱和元組形式的基類序列）。

一些流行的 Python ORM （ Object Relational Mappers （物件關係影射），用以和資料庫協同工作）也如此使用元類。

哦，還有因為元類是繼承的，所以你能夠提供一個使用了你的元類的基類，而繼承自它的子類就無需顯式宣告它了。

但是……

我曾未需要使用它來編寫程式碼……（我們用它來剖分，也在 專案廣泛應用它，但我不編寫這些）。

還有，這一切只適用於 Python 2.x ，其中的機制在 Python 3 中已經改變了。

type(type) is type

在 Python 2.6 中現在也可用使用 來實現許多以前可能需要用元類來實現的東西。

最後，還有一個極盡奇技淫巧的例子（稍為深入，但仍然不難消化），可以去看看 。它通過位元組碼和方法簽名重寫來避免顯式地宣告 self 。