python 類和元類(metaclass)的理解和簡單運用

(一) python中的類

今天看到一篇好文，而後結合本身的狀況總結一波。
這裏討論的python類，都基於python2.7x以及繼承於object的新式類進行討論。

首先在python中，全部東西都是對象。這句話很是重要要理解元類我要從新來理解一下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)自身擁有建立對象(一般咱們說的實例，可是在python中仍是對象)的能力。

爲了方便後續理解，咱們能夠先嚐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'>

能夠看到能獲得咱們平時使用的 str, int, 以及咱們初始化的一個實例對象Trick()

可是下面的方法你可能沒有見過，type一樣能夠用來動態建立一個類

type(類名, 父類的元組（針對繼承的狀況，能夠爲空），包含屬性的字典（名稱和值）)

這個怎麼用呢，我要用這個方法建立一個類 讓咱們看下下面的代碼

input:
print type('trick', (), {})

output:
<class '__main__.trick'>
一樣咱們能夠實例化這個類對象

input:
print type('trick', (), {})()

output:
<__main__.trick object at 0x109283450>

能夠看到，這裏就是一個trick的實例對象了。

一樣的這個方法還能夠初始化建立類的父類，同時也能夠初始化類屬性:

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，在此以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因而哪一個生成的，這樣理解在python中的全部東西都是對象，類對象也是對象。若是按照之前的思惟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__這個方法用於獲得一個對象的父類是誰，特別注意一下__base__返回單個父類，__bases__以tuple形式返回全部父類。

好了知道了這兩個方法我來依次說一下每行什麼意思。

1. 使用type建立一個類賦值給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，而後嘗試去得到父類的laugh_at屬性值，而後獲得結果hahahaha

3. 取一個pw的也就是咱們常見類的類字典數據

4. 拿到pw的父類，結果是咱們指定的 FlyToSky

5. pw的實例pw()屬於哪一個類初始化的，能夠看到是class Trick

6. 咱們再看class trick是誰初始化的？ 就是元類type了

(二) 什麼是元類以及簡單運用

這一切介紹完以後咱們總算能夠進入正題

到底什麼是元類？通俗的就是說，元類就是建立類的類。。。這樣聽起來是否是超級抽象？
來看看這個

Trick = MetaClass()
MyObject = Trick()

上面咱們已經介紹了，搞一個Trick能夠直接這樣

Trick = type('Trick', (), {})

能夠這樣其實就是由於，Type其實是一個元類，用他能夠去建立類。什麼是元類剛纔說了，元類就是建立類的類。也能夠說他就是一個類的建立工廠。

類上面的__metaclass__屬性，相信願意瞭解元類細節的盆友，都確定見過這個東西，並且爲之好奇。否則我不知道是什麼支撐你看到這裏的?。使用了__metaclass__這個魔法方法就意味着就會用__metaclass__指定的元類來建立類了。

class Trick(FlyToSky):
    pass

當咱們在建立上面的類的時候，python作了以下的操做：
Trick中有__metaclass__這個屬性嗎？若是有，那麼Python會在內存中經過__metaclass__建立一個名字爲Trick的類對象，也就是Trick這個東西。若是Python沒有找到__metaclass__，它會繼續在本身的父類FlyToSky中尋找__metaclass__屬性，而且嘗試以__metaclass__指定的方法建立一個Trick類對象。若是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。若是仍是找不到，好吧那就是使用默認的type來建立Trick。

那麼問題來了，咱們要在__metaclass__中放置什麼呢？答案是能夠建立一個類的東西，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建立，而後修改一些特性，而後返回該類。是否是有點熟悉？沒錯，就是感受是裝飾器乾的事情，只是裝飾器是修飾一個函數，一樣是一個東西進去，而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__並不須要賦值給它的不必定要是正式類，是一個函數也能夠。要建立一個使全部模塊級別都是用這個元類建立類的話，在模塊級別設定__metaclass__就能夠了。先寫一個來試試看，我仍是延用stackoverflow上面那個哥們的例子，將全部的屬性都改成大寫的。?

來看這個例子：

input:
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
    """
    返回一個對象,將屬性都改成大寫的形式
    :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

能夠從上面看到，我實現了一個元類(metaclass)， 而後指定了模塊使用這個元類來建立類，因此當我下面使用type進行類建立的時候，能夠發現小寫的bar參數被替換成了大寫的BAR參數，而且在最後我調用了這個類屬性並，打印了它。

上面咱們使用了函數作元類傳遞給類，下面咱們使用一個正式類來做爲元類傳遞給__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。。。寫了很久，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講是不該該被普遍使用的，從寫業務代碼一年差很少一年，除了在完成kepler項目的時候稍微黑魔法了一下(實際是根本不須要這樣操做)，其餘地方都沒有用到過。等到真正須要的時候，你可能不會去思考爲何要去使用，而是由於要解決問題因此就是要這樣寫，因此纔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能夠用這個東西去解決之前難以解決的問題，可讓難以解決的問題變得簡單起來，而不是爲了炫技讓一個問題變得複雜起來。

Reference:
http://blog.jobbole.com/21351/ 深入理解Python中的元類
http://stackoverflow.com/ques... What is metaclass in Python