Python面向對象編程——元類

Python面向對象編程——元類

1、只是儲備

exec：三個參數

參數一：字符串形式的命令

參數二：全局做用域（字典形式），若是不指定，默認爲globals()

參數三：局部做用域（字典形式），若是不指定，默認爲locals()

exec的使用

#能夠把exec命令的執行當成是一個函數的執行，會將執行期間產生的名字存放於局部名稱空間中
g={
'x':1,
'y':2
}
l={}

exec('''
global x,z
x=100
z=200

m=300
''',g,l)

print(g) #{'x': 100, 'y': 2,'z':200,......}
print(l) #{'m': 300}

2、引子（類也是對象）

class Foo:
      pass

f1=Foo() #f1是經過Foo類實例化的對象

python中一切皆是對象，類自己也是一個對象，當使用關鍵字class的時候，python解釋器在加載class的時候就會建立一個對象(這裏的對象指的是類而非類的實例)，於是咱們能夠將類看成一個對象去使用，一樣知足第一類對象的概念，能夠：

把類賦值給一個變量

把類做爲函數參數進行傳遞

把類做爲函數的返回值

在運行時動態地建立類

上例能夠看出f1是由Foo這個類產生的對象，而Foo自己也是對象，那它又是由哪一個類產生的呢？

#type函數能夠查看類型，也能夠用來查看對象的類，兩者是同樣的
print(type(f1)) # 輸出：<class '__main__.Foo'> 表示，obj 對象由Foo類建立
print(type(Foo)) # 輸出：<type 'type'>

3、什麼是元類

元類是類的類，是類的模板。

元類是用來控制如何建立類的，正如類是建立對象的模板同樣，而元類的主要目的是爲了控制類的建立行爲

元類的實例化的結果爲咱們用class定義的類，正如類的實例爲對象(f1對象是Foo類的一個實例，Foo類是 type 類的一個實例)

type是python的一個內建元類，用來直接控制生成類，python中任何class定義的類其實都是type類實例化的對象。

4、建立類的兩種方式

方式一：使用class關鍵字

class Chinese(object):
    country='China'
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def talk(self):
        print('%s is talking' %self.name)

方式二：就是手動模擬class建立類的過程）：將建立類的步驟拆分開，手動去建立

#準備工做：

#建立類主要分爲三部分

　　1 類名

　　2 類的父類

　　3 類體


#類名
class_name='Chinese'
#類的父類
class_bases=(object,)
#類體
class_body="""
country='China'
def __init__(self,name,age):
    self.name=name
    self.age=age
def talk(self):
    print('%s is talking' %self.name)
"""

步驟一（先處理類體->名稱空間）：類體定義的名字都會存放於類的名稱空間中（一個局部的名稱空間），咱們能夠事先定義一個空字典，而後用exec去執行類體的代碼（exec產生名稱空間的過程與真正的class過程相似，只是後者會將__開頭的屬性變形），生成類的局部名稱空間，即填充字典。

class_dic={}
exec(class_body,globals(),class_dic)


print(class_dic)
#{'country': 'China', 'talk': <function talk at 0x101a560c8>, '__init__': <function __init__ at 0x101a56668>}

步驟二：調用元類type（也能夠自定義）來產生類Chinense。

Foo=type(class_name,class_bases,class_dic) #實例化type獲得對象Foo，即咱們用class定義的類Foo


print(Foo)
print(type(Foo))
print(isinstance(Foo,type))
'''
<class '__main__.Chinese'>
<class 'type'>
True
'''

咱們看到，type 接收三個參數：

• 第 1 個參數是字符串 ‘Foo’，表示類名
• 第 2 個參數是元組 (object, )，表示全部的父類
• 第 3 個參數是字典，這裏是一個空字典，表示沒有定義屬性和方法

補充：若Foo類有繼承，即class Foo(Bar):.... 則等同於type('Foo',(Bar,),{})

5、自定義元類控制類的行爲

#一個類沒有聲明本身的元類，默認他的元類就是type，除了使用元類type，用戶也能夠經過繼承type來自定義元類（順便咱們也能夠瞅一瞅元類如何控制類的行爲，工做流程是什麼）

5步帶你學會元類（來自egon老師）

#知識儲備：
    #產生的新對象 = object.__new__(繼承object類的子類)

#步驟一：若是說People=type(類名,類的父類們,類的名稱空間)，那麼咱們定義元類以下，來控制類的建立
class Mymeta(type):  # 繼承默認元類的一堆屬性
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        if '__doc__' not in class_dic or not class_dic.get('__doc__').strip():
            raise TypeError('必須爲類指定文檔註釋')

        if not class_name.istitle():
            raise TypeError('類名首字母必須大寫')

        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic)


class People(object, metaclass=Mymeta):
    country = 'China'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def talk(self):
        print('%s is talking' % self.name)

#步驟二：若是咱們想控制類實例化的行爲，那麼須要先儲備知識__call__方法的使用
class People(object,metaclass=type):
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(self,args,kwargs)


# 調用類People，並不會出發__call__
obj=People('egon',18)

# 調用對象obj(1,2,3,a=1,b=2,c=3)，纔會出發對象的綁定方法obj.__call__(1,2,3,a=1,b=2,c=3)
obj(1,2,3,a=1,b=2,c=3) #打印：<__main__.People object at 0x10076dd30> (1, 2, 3) {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

#總結：若是說類People是元類type的實例，那麼在元類type內確定也有一個__call__，會在調用People('egon',18)時觸發執行，而後返回一個初始化好了的對象obj

#步驟三：自定義元類，控制類的調用（即實例化）的過程
class Mymeta(type): #繼承默認元類的一堆屬性
    def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
        if not class_name.istitle():
            raise TypeError('類名首字母必須大寫')

        super(Mymeta,self).__init__(class_name,class_bases,class_dic)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        #self=People
        print(self,args,kwargs) #<class '__main__.People'> ('egon', 18) {}

        #一、實例化People，產生空對象obj
        obj=object.__new__(self)


        #二、調用People下的函數__init__，初始化obj
        self.__init__(obj,*args,**kwargs)


        #三、返回初始化好了的obj
        return obj

class People(object,metaclass=Mymeta):
    country='China'

    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age

    def talk(self):
        print('%s is talking' %self.name)

obj=People('egon',18)
print(obj.__dict__) #{'name': 'egon', 'age': 18}

#步驟四：
class Mymeta(type): #繼承默認元類的一堆屬性
    def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
        if not class_name.istitle():
            raise TypeError('類名首字母必須大寫')

        super(Mymeta,self).__init__(class_name,class_bases,class_dic)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        #self=People
        print(self,args,kwargs) #<class '__main__.People'> ('egon', 18) {}

        #一、調用self，即People下的函數__new__，在該函數內完成：一、產生空對象obj 二、初始化 三、返回obj
        obj=self.__new__(self,*args,**kwargs)

        #二、必定記得返回obj，由於實例化People(...)取得就是__call__的返回值
        return obj

class People(object,metaclass=Mymeta):
    country='China'

    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age

    def talk(self):
        print('%s is talking' %self.name)

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        obj=object.__new__(cls)
        cls.__init__(obj,*args,**kwargs)
        return obj

obj=People('egon',18)
print(obj.__dict__) #{'name': 'egon', 'age': 18}

#步驟五：基於元類實現單例模式,好比數據庫對象,實例化時參數都同樣,就不必重複產生對象,浪費內存
class Mysql:
    __instance=None
    def __init__(self,host='127.0.0.1',port='3306'):
        self.host=host
        self.port=port

    @classmethod
    def singleton(cls,*args,**kwargs):
        if not cls.__instance:
            cls.__instance=cls(*args,**kwargs)
        return cls.__instance


obj1=Mysql()
obj2=Mysql()
print(obj1 is obj2) #False

obj3=Mysql.singleton()
obj4=Mysql.singleton()
print(obj3 is obj4) #True

#應用：定製元類實現單例模式
class Mymeta(type):
    def __init__(self,name,bases,dic): #定義類Mysql時就觸發
        self.__instance=None
        super().__init__(name,bases,dic)

    def __call__(self, *args, **kwargs): #Mysql(...)時觸發

        if not self.__instance:
            self.__instance=object.__new__(self) #產生對象
            self.__init__(self.__instance,*args,**kwargs) #初始化對象
            #上述兩步能夠合成下面一步
            # self.__instance=super().__call__(*args,**kwargs)

        return self.__instance
class Mysql(metaclass=Mymeta):
    def __init__(self,host='127.0.0.1',port='3306'):
        self.host=host
        self.port=port


obj1=Mysql()
obj2=Mysql()

print(obj1 is obj2)