Python基礎：元類

• 1、概述
• 2、經典闡述
• 3、核心總結
  • 一、類的建立過程
  • 二、元類的使用慣例
• 4、簡單案例
  • 一、默認行爲
  • 二、使用元類
• 5、實踐爲王

1、概述

Python雖然是多範式的編程語言，但它的數據模型倒是 純面向對象 的。與那些僅在語法層面聲稱純OO的編程語言（如Java）相比，Python的這種純粹性更加深刻骨髓。

在Python的世界裏，一切皆爲對象：數值、序列、字典、函數、模塊、文件、類、類實例 等等，無一例外（參考 Data model）。其中，「類也是對象」 的概念最讓人匪夷所思，這徹底超越了傳統的OO思想。

元類（metaclass）是Python 2.2中引入的概念，利用元類能夠 定製類的建立行爲（Customizing class creation）。「元類」 的概念一樣讓人難以理解，然而理解 「元類」 是理解 「類也是對象」 的關鍵。

2、經典闡述

對於元類的理解，目前爲止，最經典的闡述莫過於Stack Overflow上面的這篇帖子 What is a metaclass in Python?，e-satis 神通常的回覆讓人醍醐灌頂，看完後基本就瞭然於胸了。

若是以爲看英文比較吃力，這裏有一篇中文譯版 深入理解Python中的元類(metaclass)（注：英文原版最近有更新，但核心內容不變）。

3、核心總結

一、類的建立過程

對於類定義：

class Foo(Base):
    def say(self):
        print 'hello'

Python解釋器 執行class語句 時，處理步驟以下：

1. 肯定元類mcls。元類的查找優先級爲：

   • 首先查找 類Foo 是否擁有屬性__metaclass__
   • 不然查找 類Foo的父類 是否具備屬性__metaclass__
   • 不然查找 類Foo所在模塊 是否具備全局變量__metaclass__
   • 不然使用默認元類（經典類：types.ClassType；新式類：type）

2. 使用元類mcls建立類Foo。建立語意等價於：

   def say(self):
       print 'hello'
   
   # 元類的參數：mcls(name, bases, dict)
   Foo = mcls('Foo', (Base,), {'say': say})

3. 建立成功後，類Foo 是 元類mcls 的 實例。

綜上：建立類 實際上是一種更高級別的 實例化過程，本質上與 建立類實例 類似。

實例化過程	類	實例	語意形式
建立類Foo	元類mcls	類Foo	class Foo: pass <=> Foo = mcls('Foo', (), {})
建立類實例foo	類Foo	類實例foo	foo = Foo()

二、元類的使用慣例

原則上，元類能夠是：任何接受參數 name, bases, dict 並返回 類 的 可調用對象（參考 metaclass）。

例如元類能夠是 函數：

def metacls_func(name, bases, dict):
    # do customizing here
    return type(name, bases, dict)

根據最佳實踐指導，更好的習慣是使用 類 做爲元類，典型風格以下：

class MetaCls(type):
    def __new__(cls, name, bases, dict):
        # do customizing here
        return super(MetaCls, cls).__new__(cls, name, bases, dict)

注意：

• 元類能夠繼承自另外一個元類，也能夠使用其餘元類
• 除了經常使用的__new__，還能夠藉助__init__和__call__來定製被建立的類

4、簡單案例

一、默認行爲

1）經典類（Classic classes）

類Old的三種等價定義：

class Old: pass

class Old:
    __metaclass__ = types.ClassType

Old = types.ClassType('Old', (), {})

類Old是元類types.ClassType的實例：

>>> isinstance(Old, types.ClassType)
True

2）新式類（New-style classes）

類New的三種等價定義：

class New(object): pass

class New:
    __metaclass__ = type

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

類New是元類type的實例：

>>> isinstance(New, type)
True

二、使用元類

爲全部類打上做者標籤：

class AuthorTag(type):
    def __new__(cls, name, bases, dict):
        dict['__author__'] = 'RussellLuo'
        return super(AuthorTag, cls).__new__(cls, name, bases, dict)

class MyBlog:
    __metaclass__ = AuthorTag

class MyGitHub:
    __metaclass__ = AuthorTag

如今，類MyBlog和類MyGitHub都免費得到了做者簽名：

>>> MyBlog.__author__
'RussellLuo'
>>> MyGitHub.__author__
'RussellLuo'

5、實踐爲王

請記住上面的簡單案例，若是您想從本文中得到對Python元類僅有的一點印象。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，開始吧。