元类metaclass
一 什么是元类
一切源自于一句话：python中一切皆为对象。让我们先定义一个类，然后逐步分析
class OldboyTeacher(object): school='oldboy' def __init__(self,name,age): self.name=name self.age=age def say(self): print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' %self.name)
t1=OldboyTeacher('egon',18)
print(type(t1)) #查看对象t1的类是<class '__main__.OldboyTeacher'>
所有的对象都是实例化或者说调用类而得到的（调用类的过程称为类的实例化），比如对象t1是调用类OldboyTeacher得到的。
如果一切皆为对象，那么类OldboyTeacher本质也是一个对象，既然所有的对象都是调用类得到的，那么OldboyTeacher必然也是调用了一个类得到的，这个类称为元类
print(type(OldboyTeacher)) # 结果为<class 'type'>，证明是调用了type这个元类而产生的OldboyTeacher，即默认的元类为type
二 class关键字创建类的流程分析
我们用class关键字定义的类本身也是一个对象，负责产生该对象的类称之为元类（元类可以简称为类的类），内置的元类为type
class关键字在帮我们创建类时，必然帮我们调用了元类OldboyTeacher=type(...)，那调用type时传入的参数是什么呢？必然是类的关键组成部分，一个类有三大组成部分，分别是
1、类名class_name='OldboyTeacher'
2、基类们class_bases=(object,)
3、类的名称空间class_dic，类的名称空间是执行类体代码而得到的
调用type时会依次传入以上三个参数
#exec：三个参数 #参数一：包含一系列python代码的字符串 #参数二：全局作用域（字典形式），如果不指定，默认为globals() #参数三：局部作用域（字典形式），如果不指定，默认为locals() #可以把exec命令的执行当成是一个函数的执行，会将执行期间产生的名字存放于局部名称空间中 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}
三 自定义元类控制类OldboyTeacher的创建和调用
class Mymeta(type): # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
# def __init__(self,*args,**kwargs ): # 简写 # super(Mymeta, self).__init__(*args,**kwargs)
# type的__call__会调用Mymeta的__init__和type代码中的__new__创建OldboyTeacher对象（如果__new__没有重写） def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic): # class OldboyTeacher(object, metaclass=Mymeta)时触发 # print(self) #<class '__main__.OldboyTeacher'> # print(class_bases) #(<class 'object'>,) # print(class_dic) #{'__module__': '__main__', '__qualname__': 'OldboyTeacher', 'school': 'oldboy', \ # '__init__': <function OldboyTeacher.__init__ at 0x102b95ae8>, 'say': <function OldboyTeacher.say at 0x10621c6a8>} super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic) # 重用父类的功能 if class_name.islower(): raise TypeError('类名%s请修改为驼峰体' % class_name) if '__doc__' not in class_dic or len(class_dic['__doc__'].strip(' \n')) == 0: raise TypeError('类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空') def __call__(cls, *args, **kwargs): # cls=<class '__main__.OldboyTeacher'> OldboyTeacher()的时候触发执行 # 1、调用__new__产生一个空对象obj obj = cls.__new__(cls) # 此处的cls是类OldoyTeacher，必须传参，代表创建一个OldboyTeacher的对象obj，
# 2、调用__init__初始化空对象obj cls.__init__(obj, *args, **kwargs) # 3、返回初始化好的对象obj 就是OldboyTeacher()的实例化对象 old_tea return obj class OldboyTeacher(object, metaclass=Mymeta): # OldboyTeacher=Mymeta('OldboyTeacher',(object),{...}) """ 类OldboyTeacher的文档注释 """ school = 'oldboy' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def say(self): print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' % self.name) old_tea = OldboyTeacher(‘cp’,19)
简单来说：（type指元类，默认就是type）
- 类的创建 （class 类 ）
type.__init__
- 对象的创建 （ 类() ）
type.__call__
- 类.__new__
- 类.__init__
如果一类自己或基类中指定了metaclass，那么该类就是由metaclass指定的type或mytype创建。
1 class MyType(type): 2 def __init__(self,*args,**kwargs): 3 print('111') 4 super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs) 5 6 7 class Base(object, metaclass=MyType): 8 pass 9 10 class Foo(Base): 11 pass 12 13 # 打印两次111
1 class MyType(type): 2 def __init__(self,*args,**kwargs): 3 print('111') 4 super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs) 5 6 7 # class Base(object, metaclass=MyType): 8 # pass 9 10 Base = MyType('Base',(object,),{}) 11 12 class Foo(Base): 13 pass 14 15 # ============================ 16 17 class MyType(type): 18 def __init__(self,*args,**kwargs): 19 print('111') 20 super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs) 21 22 23 def with_metaclass(arg): 24 Base = MyType('Base',(arg,),{}) 25 return Base 26 27 class Foo(with_metaclass(object)): 28 pass
四 自定义元类的类属性查找
我们用class自定义的类也全都是对象（包括object类本身也是元类type的 一个实例，可以用type(object)查看），我们学习过继承的实现原理，如果把类当成对象去看，将下述继承应该说成是：对象OldboyTeacher继承对象Foo，对象Foo继承对象Bar，对象Bar继承对象object。
class Mymeta(type): n=444 def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.OldboyTeacher'> obj=self.__new__(self) self.__init__(obj,*args,**kwargs) return obj class Bar(object): n=333 class Foo(Bar): n=222 class OldboyTeacher(Foo,metaclass=Mymeta): n=111 school='oldboy' def __init__(self,name,age): self.name=name
def say(self): print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' %self.name) print(OldboyTeacher.n) #自下而上依次注释各个类中的n=xxx，然后重新运行程序，发现n的查找顺序为OldboyTeacher->Foo->Bar->object->Mymeta->type
于是属性查找应该分成两层，一层是对象层（基于c3算法的MRO）的查找，另外一个层则是类层（即元类层）的查找。
#查找顺序： #1、先对象层：OldoyTeacher->Foo->Bar->object #2、然后元类层：Mymeta->type
class Mymeta(type): n=444 def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.OldboyTeacher'> obj=self.__new__(self) print(self.__new__ is object.__new__) #True class Bar(object): n=333 # def __new__(cls, *args, **kwargs): # print('Bar.__new__') class Foo(Bar): n=222 # def __new__(cls, *args, **kwargs): # print('Foo.__new__') class OldboyTeacher(Foo,metaclass=Mymeta): n=111 school='oldboy' def __init__(self,name,age): self.name=name self.age=age def say(self): print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' %self.name) # def __new__(cls, *args, **kwargs): # print('OldboyTeacher.__new__') OldboyTeacher('egon',18) #触发OldboyTeacher的类中的__call__方法的执行，进而执行self.__new__开始查找
总结，Mymeta下的__call__里的self.__new__在OldboyTeacher、Foo、Bar里都没有找到__new__的情况下，会去找object里的__new__，而object下默认就有一个__new__，所以即便是之前的类均未实现__new__,也一定会在object中找到一个，根本不会、也根本没必要再去找元类Mymeta->type中查找__new__ 我们在元类的__call__中也可以用object.__new__(self)去造对象 但我们还是推荐在__call__中使用self.__new__（self）去创造空对象，因为这种方式会检索三个类OldboyTeacher->Foo->Bar,而object.__new__则是直接跨过了他们三个
五 案例
元类属于python最深层的语言特性，一般开发中很少用到，下面举一些用到元类的案例。
# 自定义Form表单 class RegisterForm(Form): name = simple.StringField( label='用户名', validators=[ validators.DataRequired() ], widget=widgets.TextInput(), render_kw={'class': 'form-control'}, # default='alex' ) # Form指定了元类，Form其子类也会继承指定的元类。 class Form(with_metaclass(FormMeta, BaseForm)): Meta = DefaultMeta # FormMeta源码 class FormMeta(type): def __init__(cls, name, bases, attrs): type.__init__(cls, name, bases, attrs) # 先重用父类的初始化方法，防止需要用到父类的功能 cls._unbound_fields = None cls._wtforms_meta = None # 该源码详析请参见另一篇博文
