Python基礎(chǔ)教程：元類

一、概述

Python雖然是多范式的編程語言，但它的數(shù)據(jù)模型卻是 純面向?qū)ο?/strong> 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入骨髓。

在Python的世界里，一切皆為對象：數(shù)值、序列、字典、函數(shù)、模塊、文件、類、類實(shí)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，這完全超越了傳統(tǒng)的OO思想。

元類（metaclass）是Python 2.2中引入的概念，利用元類可以 定制類的創(chuàng)建行為（Customizing class creation）。“元類” 的概念同樣讓人難以理解，然而理解 “元類” 是理解 “類也是對象” 的關(guān)鍵。

二、經(jīng)典闡述

對于元類的理解，目前為止，最經(jīng)典的闡述莫過于Stack Overflow上面的這篇帖子 What is a metaclass in Python?，e-satis 神一般的回復(fù)讓人醍醐灌頂，看完后基本就了然于胸了。

如果覺得看英文比較吃力，這里有一篇中文譯版 深刻理解Python中的元類(metaclass)（注：英文原版最近有更新，但核心內(nèi)容不變）。

三、核心總結(jié)

1、類的創(chuàng)建過程

對于類定義：

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

Python解釋器 執(zhí)行class語句 時，處理步驟如下：

確定元類mcls。元類的查找優(yōu)先級為：

首先查找 類Foo 是否擁有屬性__metaclass__

否則查找 類Foo的父類 是否具有屬性__metaclass__

否則查找 類Foo所在模塊 是否具有全局變量__metaclass__

否則使用默認(rèn)元類（經(jīng)典類：types.ClassType；新式類：type）

使用元類mcls創(chuàng)建類Foo。創(chuàng)建語意等價(jià)于：

def say(self):
    print 'hello'

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

創(chuàng)建成功后，類Foo 是 元類mcls 的 實(shí)例。

綜上：創(chuàng)建類 其實(shí)是一種更高級別的 實(shí)例化過程，本質(zhì)上與 創(chuàng)建類實(shí)例 相似。

2、元類的使用慣例

原則上，元類可以是：任何接受參數(shù) name, bases, dict 并返回 類 的 可調(diào)用對象（參考 metaclass）。

例如元類可以是 函數(shù)：

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

根據(jù)最佳實(shí)踐指導(dǎo)，更好的習(xí)慣是使用 類 作為元類，典型風(fēng)格如下：

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

注意：

元類可以繼承自另一個元類，也可以使用其他元類

除了常用的__new__，還可以借助__init__和__call__來定制被創(chuàng)建的類

四、簡單案例

1、默認(rèn)行為

1）經(jīng)典類（Classic classes）

類Old的三種等價(jià)定義：

class Old: pass

class Old:
    __metaclass__ = types.ClassType

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

類Old是元類types.ClassType的實(shí)例：

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

2）新式類（New-style classes）

類New的三種等價(jià)定義：

class New(object): pass

class New:
    __metaclass__ = type

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

類New是元類type的實(shí)例：

>>> isinstance(New, type)
True

2、使用元類

為所有類打上作者標(biāo)簽：

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

現(xiàn)在，類MyBlog和類MyGitHub都免費(fèi)獲得了作者簽名：

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

五、實(shí)踐為王

請記住上面的簡單案例，如果您想從本文中獲得對Python元類僅有的一點(diǎn)印象。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行，開始吧。