1.什麼是類
在理解元類以前，咱們必須先掌握Python中的類(class)。php
和大多數語言同樣，Python中的類知識用來描述如何「生成一個對象」：python
可是，在Python中，類不只能用來描述如何生成一個對象，類自己也是對象。數據庫
在你使用關鍵詞 class 的時候，Python就會執行它，並建立一個對象。數組
class ObjectCreator(object): pass...
上述指令在內存中建立了一個「ObjectiveCreator」的對象。ruby
這個對象（類）自己具備建立對象（實例）的能力，所以它也是一個類。你能夠對它作如下操做：bash
1.將其分配給變量
2.複製它
3.爲其添加屬性
4.將其做爲函數參數傳遞微信
例如：app
2.動態建立類
因爲類是對象，所以你能夠像建立任何對象（數組、字典等）同樣，隨時隨地建立類。函數
你甚至能夠在函數裏建立類：優化
可是，這樣的類並非很動態，由於你必須本身編寫整個類。
使用class關鍵字時，Python會幫你自動建立此對象，可是，Python一樣也提供了一種手動建立的方法，那就是type函數。
>>> print(type(1))<type 'int'>>>> print(type("1"))<type 'str'>>>> print(type(ObjectCreator))<type 'type'>>>> print(type(ObjectCreator()))<class '__main__.ObjectCreator'>
type函數最經典的用法是返回對象的類型。可是不多人知道，它還能接受參數並手動建立類。
type(name, bases, attrs)
其中
name: 類名bases: 元組，父類名attrs: 字典，類屬性值
所以你能夠這樣手動建立類：
> MyShinyClass = type('MyShinyClass', (), {}) # returns a class object> print(MyShinyClass)<class '__main__.MyShinyClass'>> print(MyShinyClass()) # create an instance with the class<__main__.MyShinyClass object at 0x8997cec>
若是你想給它賦予屬性，能夠這樣玩：
class Foo(object): bar = True
等同於
> Foo = type('Foo', (), {'bar':True})
用來繼承也是能夠的：
> FooChild = type('FooChild', (Foo,), {})> print(FooChild)<class '__main__.FooChild'>> print(FooChild.bar) # bar is inherited from FooTrue
可見經過 type() 函數建立的類和直接寫class是徹底同樣的。
由於Python解釋器遇到class定義時，僅僅是掃描一下class定義的語法，而後調用 type() 函數建立出class。
正常狀況下，咱們用class來定義類，可是，type()函數也容許咱們動態建立類，也就是說，動態語言自己支持運行期動態建立類，這和靜態語言有很是大的不一樣。
Python是經過什麼作到這一切的？那就是元類。
3.什麼是元類
元類就是用於建立類的「東西」。
你定義類是爲了建立對象，Python中全部的類都是對象。元類是用於建立這些對象的。能夠看這個例子：
MyClass = MetaClass()my_object = MyClass()
這有點像套娃。這段代碼轉化爲type就是這樣的：
MyClass = type('MyClass', (), {})
所以，咱們能夠獲得一個基本事實，type 自己就是一個元類。
其實，就是 type 在幕後建立了Python中全部的類。
經過檢查__class__屬性，你會看到Python中，一切對象都是基於 type 的：
> age = 35> age.__class__<type 'int'>> name = 'bob'> name.__class__<type 'str'>> def foo(): pass> foo.__class__<type 'function'>> class Bar(object): pass> b = Bar()> b.__class__<class '__main__.Bar'>
那麼，有個有趣的問題,__class__的__class__是什麼呢？
>>> age.__class__.__class__<type 'type'>>>> name.__class__.__class__<type 'type'>>>> foo.__class__.__class__<type 'type'>>>> b.__class__.__class__<type 'type'>
所以，元類只是建立類對象的東西，若是願意，能夠將其稱爲「類的工廠」。
type 是Python使用的內置元類。不過，你能夠建立本身的元類。
3.1 __metaclass__屬性
在Python 2中，能夠在編寫類時添加屬性__metaclass__，使用某個元類來建立該類：
class Foo(object): __metaclass__ = something... [...]
不過要當心的是，你雖然先寫了 class Foo(object)，但Foo這個對象還沒有被建立，Python將先尋找__metaclass__類，找到後用它來建立Foo類。
若是沒有這個__metaclass__類，它將使用 type 來建立類。
所以，類建立的流程是這樣的：
1.建立的類中有__metaclass__元類屬性嗎？
2.若是有，那就用__metaclass__給該類在內存中建立一個類對象。
3.若是Python找不到
__metaclass__，它將在MODULE級別查找__metaclass__屬性 。4.若是仍是沒有，那就使用父類的元類來建立類對象。
如今的問題就是，你能夠在__metaclass__中放置些什麼代碼呢？
答案就是：能夠建立一個類的東西。那麼什麼能夠用來建立一個類呢？type，或者任何繼承或使用它的東西。
3.2 Python 3中的元類
設置元類的語法在Python3已改成：
class Foo(object, metaclass=something): ...
即再也不使用__metaclass__屬性，而是在基類參數列表中引入關鍵字參數。
不過元類的基本工做方式不變。在Python3中，你能夠將屬性做爲關鍵字參數傳遞給元類：
class Foo(object, metaclass=something, kwarg1=value1, kwarg2=value2): ...
4.爲何須要元類
元類最主要的一個應用方向是建立API，一個最著名的應用是Django ORM，好比：
class Person(models.Model): name = models.CharField(max_length=30) age = models.IntegerField()
當你這樣訪問屬性的時候：
person = Person(name='bob', age='35')print(person.age)
它並不會返回models.IntegerField，而是返回了一個整形的數字。
這是由於models.Model引用了一個ModelBase類，該類隨後進行了魔術般地操做，使其可以與數據庫字段進行掛鉤。
這就是元類的做用，Django經過它，完成了系列複雜的幕後工做，將本來很是複雜的事情變得很是簡單。
本文翻譯自stackoverflow，有部分優化修改:
https://stackoverflow.com/questions/100003/what-are-metaclasses-in-python
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