python中的元类介绍

Scroll Down

类也是对象

在大多数编程语言中,类就是一组用来描述如何生成一个对象的代码段,在python中也是成立的。

class ObjectCreator:
	pass
	
my_object = ObjectCreator()
print(my_object)
"""
输出结果:
<__main__.ObjectCreator object at 0x037DACD0>
"""

但是,python的类不止于此,类同样也是一种对象。

class ObjectCreator:
	pass

上面的代码段将在内存中创建一个对象,名字就叫做ObjectCreator。这个对象(类对象ObjectCreator)拥有创建对象(实例对象)的能力,但它本质上仍然还是一个对象,于是你就可以对它做如下的操作:

  • 给它复制一个变量
  • 拷贝它
  • 给它增加属性
  • 将它作为函数参数传递
    示例代码:
class ObjectCreator:
    pass
# 把它赋值给一个变量
a = ObjectCreator
print(a) # <class '__main__.ObjectCreator'>
# 作为函数参数传递
def echo(o):
    print(o)
    
echo(ObjectCreator) # <class '__main__.ObjectCreator'>

动态的创建类

因为类也是对象,所以可以在运行时动态的创建它们,使用class关键字即可。

def choose_class(name):
    if name == 'foo':
        class Foo(object):
            pass
        return Foo     # 返回的是类,不是类的实例
    else:
        class Bar(object):
            pass
        return Bar
MyClass = choose_class("foo")
print(MyClass) # 打印类对象
print(MyClass()) # 打印实例对象
# 输出结果
# <class '__main__.choose_class.<locals>.Foo'>
# <__main__.choose_class.<locals>.Foo object at 0x0368CFD0>

使用type创建类

我们知道通过type()可以知道这个对象的类型是什么,他还有一个完全不同的功能,动态的创建类。
type可以接受一个类的描述作为参数,然后返回一个类。
语法:
type(类名,由父类名称构成的元组(针对继承的情况可以为空),包含属性的字典)

MyClass = type("MyClass",(),{})
print(MyClass)
# 输出结果:
# <class '__main__.MyClass'>

使用type创建带属性的类

type 接受一个字典来为类定义属性,如下所示:

Foo = type("Foo",(),{'bar':True})

等价于

class Foo:
	bar = True

使用type创建继承的子类

接着上面的代码,我们已经创建了一个Foo类,现在来创建一个它的子类。

FooChild = type("FooChild",(Foo,),{})
print(FooChild.bar) # # bar属性是由Foo继承而来
# 输出结果:
True

注意:

  • type的第二个参数,元组中是父类的名字,不是字符串。
  • 添加的属性是类属性,不是实例属性。

使用type创建带有方法的类

最终你会希望为你的类增加方法。只需要定义一个有着恰当签名的函数并将其作为属性赋值就可以了。

添加实例方法

def test_f(self):
	print("添加的实例方法")
Foo = type("Foo",(),{"test_f":test_f})
f = Foo()
f.test_f()
# 输出结果:
# 添加的实例方法

添加静态方法

@staticmethod
def test_static():
	print("添加的静态方法")
Foo = type("Foo",(),{"test_static":test_static})
Foo.test_static()
Foo.test_static()
# 输出结果:
# 添加的静态方法

添加类方法

@classmethod
def test_class(cls):
	print("添加的类方法")
Foo = type("Foo",(),{"test_class":test_class})
Foo.test_class()
# 输出的结果:
#添加的类方法

什么是元类

元类就是用来创建类的“东西”。元类就是就是用来创建类对象的,元类就是类的类。
可以这样理解:

MyClass = 	MetaClass() # 使用元类创建类对象
MyObject = MyClass() # 使用类对象创建实例对象

type函数其实就是元类。type就是在Python在背后创建所有类的元类,可以通过__class __属性来查看,__class __的功能是查看对象所在的类,它可以嵌套使用。

class A:
    pass
print(A.__class__)
a = A()
print(a.__class__)
print(a.__class__.__class__)
# 输出结果:
# <class 'type'>
# <class '__main__.A'>
# <class 'type'>

可以看出,最后对象的类都是type元类。
Python中所有的东西,注意,我是指所有的东西——都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象,而且它们都是从一个类创建而来,这个类就是type。
整数:

age = 18
print(age.__class__)
print(age.__class__.__class__)
# 输出结果:
# <class 'int'>
# <class 'type'>

字符串:

name = "张三"
print(name .__class__)
print(name .__class__.__class__)
# 输出结果:
# <class 'str'>
# <class 'type'>

函数:

def f():
	pass
print(f.__class__)
print(f.__class__.__class__)
# 输出结果:
# <class 'function'>
# <class 'type'>

自定义元类

首先的了解一下metaclass属性,用它来指定一个元类,python会在定义的类中寻找metaclass属性,如果没找到,就到它的父类找以此类推。如果找到了,python就会用它来创建类对象,如果实在没有找到就会用内建的type来创建这个类。
metaclass中可以放type或者任何使用到type或者子类化type的东东都可以。
自定义类的主要目的:

  • 拦截类的创建
  • 修改类

使用函数实现一个自定义的元类

功能:把不是__开头的类属性名字变为大写

def upper_attr(future_class_name: str,future_class_parents: tuple,future_class_attr: dict):
	newAttr = {}
	for key,value in future_class_attr.items():
		if not key.startswith("__"):
			newAttr[key.upper()] = value
	return type(future_class_name,future_class_parents,newAttr)
class Foo(metaclass=upper_attr):
	name = "张三"
	age = 18

hasattr(Foo,"name") # 判断是否有该类属性	False
hasattr(Foo,"NAME") # True
hasattr(Foo,"age") # False
hasattr(Foo,"AGE") # True

继承type实现一个自定义元类

功能:同上

class MyMetaClass(type):
    def __new__(cls, class_name: str, class_parents: tuple, class_attr: dict):
        newAttr = {}
        for key, value in class_attr.items():
            if not key.startswith("__"):
                newAttr[key.upper()] = value

        # 方法1:通过'type'来做类对象的创建
        # return type(class_name, class_parents, newAttr)
    
        # 方法2:复用type.__new__方法
        # 这就是基本的OOP编程,没什么魔法
        # return type.__new__(cls, class_name, class_parents, newAttr)
    
        # 方法3:使用super方法
        return super(MyMetaClass, cls).__new__(cls, class_name, class_parents, newAttr)


class Foo(metaclass=MyMetaClass):
    name = "张三"
    age = 18

hasattr(Foo,"name") # 判断是否有该类属性	False
hasattr(Foo,"NAME") # True
hasattr(Foo,"age") # False
hasattr(Foo,"AGE") # True

效果和上面是一样的。