Python基础：元类

• 1、概述
• 2、经典阐述
• 3、核心总结
  • 一、类的建立过程
  • 二、元类的使用惯例
• 4、简单案例
  • 一、默认行为
  • 二、使用元类
• 5、实践为王

1、概述

Python虽然是多范式的编程语言，但它的数据模型倒是 纯面向对象 的。与那些仅在语法层面声称纯OO的编程语言（如Java）相比，Python的这种纯粹性更加深刻骨髓。

在Python的世界里，一切皆为对象：数值、序列、字典、函数、模块、文件、类、类实例 等等，无一例外（参考 Data model）。其中，“类也是对象” 的概念最让人匪夷所思，这彻底超越了传统的OO思想。

元类（metaclass）是Python 2.2中引入的概念，利用元类能够 定制类的建立行为（Customizing class creation）。“元类” 的概念一样让人难以理解，然而理解 “元类” 是理解 “类也是对象” 的关键。

2、经典阐述

对于元类的理解，目前为止，最经典的阐述莫过于Stack Overflow上面的这篇帖子 What is a metaclass in Python?，e-satis 神通常的回复让人醍醐灌顶，看完后基本就了然于胸了。

若是以为看英文比较吃力，这里有一篇中文译版 深入理解Python中的元类(metaclass)（注：英文原版最近有更新，但核心内容不变）。

3、核心总结

一、类的建立过程

对于类定义：

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

Python解释器 执行class语句 时，处理步骤以下：

1. 肯定元类mcls。元类的查找优先级为：

   • 首先查找 类Foo 是否拥有属性__metaclass__
   • 不然查找 类Foo的父类 是否具备属性__metaclass__
   • 不然查找 类Foo所在模块 是否具备全局变量__metaclass__
   • 不然使用默认元类（经典类：types.ClassType；新式类：type）

2. 使用元类mcls建立类Foo。建立语意等价于：

   def say(self):
       print 'hello'
   
   # 元类的参数：mcls(name, bases, dict)
   Foo = mcls('Foo', (Base,), {'say': say})

3. 建立成功后，类Foo 是 元类mcls 的 实例。

综上：建立类 实际上是一种更高级别的 实例化过程，本质上与 建立类实例 类似。

实例化过程	类	实例	语意形式
建立类Foo	元类mcls	类Foo	class Foo: pass <=> Foo = mcls('Foo', (), {})
建立类实例foo	类Foo	类实例foo	foo = Foo()

二、元类的使用惯例

原则上，元类能够是：任何接受参数 name, bases, dict 并返回 类 的 可调用对象（参考 metaclass）。

例如元类能够是 函数：

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

根据最佳实践指导，更好的习惯是使用 类 做为元类，典型风格以下：

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

注意：

• 元类能够继承自另外一个元类，也能够使用其余元类
• 除了经常使用的__new__，还能够借助__init__和__call__来定制被建立的类

4、简单案例

一、默认行为

1）经典类（Classic classes）

类Old的三种等价定义：

class Old: pass

class Old:
    __metaclass__ = types.ClassType

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

类Old是元类types.ClassType的实例：

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

2）新式类（New-style classes）

类New的三种等价定义：

class New(object): pass

class New:
    __metaclass__ = type

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

类New是元类type的实例：

>>> isinstance(New, type)
True

二、使用元类

为全部类打上做者标签：

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，类MyBlog和类MyGitHub都免费得到了做者签名：

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

5、实践为王

请记住上面的简单案例，若是您想从本文中得到对Python元类仅有的一点印象。纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，开始吧。