元类

一 元类介绍

什么是元类呢？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 StanfordTeacher(object):
school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
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StanfordTeacher得到的

t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(type(t1)) #查看对象t1的类是<class '__main__.StanfordTeacher'>
如果一切皆为对象，那么类StanfordTeacher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StanfordTeacher必然也是调用了一个类得到的，这个类称为元类

于是我们可以推导出===>产生StanfordTeacher的过程一定发生了：StanfordTeacher=元类(...)

print(type(StanfordTeacher)) # 结果为<class 'type'>，证明是调用了type这个元类而产生的StanfordTeacher，即默认的元类为type

二 class关键字创建类的流程分析
上文我们基于python中一切皆为对象的概念分析出：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StanfordTeacher=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='StanfordTeacher'

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

综上，class关键字帮我们创建一个类应该细分为以下四个过程

 

补充：exec的用法

　　#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StanfordTeacher的创建
一个类没有声明自己的元类，默认他的元类就是type，除了使用内置元类type，我们也可以通过继承type来自定义元类，然后使用metaclass关键字参数为一个类指定元类

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
pass

# StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

自定义元类可以控制类的产生过程，类的产生过程其实就是元类的调用过程,即StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})，调用Mymeta会先产生一个空对象StanfordTeacher，然后连同调用Mymeta括号内的参数一同传给Mymeta下的__init__方法，完成初始化，于是我们可以

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,class_name,class_bases,class_dic):
# print(self) #<class '__main__.StanfordTeacher'>
# print(class_bases) #(<class 'object'>,)
# print(class_dic) #{'__module__': '__main__', '__qualname__': 'StanfordTeacher', 'school': 'Stanford', '__init__': <function StanfordTeacher.__init__ at 0x102b95ae8>, 'say': <function StanfordTeacher.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')

# StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
"""
类StanfordTeacher的文档注释
"""
school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

四 自定义元类控制类StanfordTeacher的调用
储备知识：__call__

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

obj=Foo()
#1、要想让obj这个对象变成一个可调用的对象，需要在该对象的类中定义一个方法__call__方法，该方法会在调用对象时自动触发
#2、调用obj的返回值就是__call__方法的返回值
res=obj(1,2,3,x=1,y=2)

由上例得知，调用一个对象，就是触发对象所在类中的__call__方法的执行，如果把StanfordTeacher也当做一个对象，那么在StanfordTeacher这个对象的类中也必然存在一个__call__方法

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 __call__(self, *args, **kwargs):
print(self) #<class '__main__.StanfordTeacher'>
print(args) #('lili', 18)
print(kwargs) #{}
return 123

class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

 

# 调用StanfordTeacher就是在调用StanfordTeacher类中的__call__方法
# 然后将StanfordTeacher传给self,溢出的位置参数传给*，溢出的关键字参数传给**
# 调用StanfordTeacher的返回值就是调用__call__的返回值
t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1) #123

默认地，调用t1=StanfordTeacher('lili',18)会做三件事

1、产生一个空对象obj

2、调用__init__方法初始化对象obj

3、返回初始化好的obj

对应着，StanfordTeacher类中的__call__方法也应该做这三件事

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 __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
#1、调用__new__产生一个空对象obj
obj=self.__new__(self) # 此处的self是类OldoyTeacher，必须传参，代表创建一个StanfordTeacher的对象obj

#2、调用__init__初始化空对象obj
self.__init__(obj,*args,**kwargs)

#3、返回初始化好的对象obj
return obj

class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1.__dict__) #{'name': 'lili', 'age': 18}

上例的__call__相当于一个模板，我们可以在该基础上改写__call__的逻辑从而控制调用StanfordTeacher的过程，比如将StanfordTeacher的对象的所有属性都变成私有的

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 __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
#1、调用__new__产生一个空对象obj
obj=self.__new__(self) # 此处的self是类StanfordTeacher，必须传参，代表创建一个StanfordTeacher的对象obj

#2、调用__init__初始化空对象obj
self.__init__(obj,*args,**kwargs)

# 在初始化之后，obj.__dict__里就有值了
obj.__dict__={'_%s__%s' %(self.__name__,k):v for k,v in obj.__dict__.items()}
#3、返回初始化好的对象obj
return obj

class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1.__dict__) #{'_StanfordTeacher__name': 'lili', '_StanfordTeacher__age': 18}
上例中涉及到查找属性的问题，比如self.__new__，请看下一小节

 

五 属性查找
结合python继承的实现原理+元类重新看属性的查找应该是什么样子呢？？？

在学习完元类后，其实我们用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StanfordTeacher继承对象Foo，对象Foo继承对象Bar，对象Bar继承对象object

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
n=444

def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
obj=self.__new__(self)
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
return obj

class Bar(object):
n=333

class Foo(Bar):
n=222

class StanfordTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
n=111

school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

print(StanfordTeacher.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StanfordTeacher->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：StanfordTeacher->Foo->Bar->object
#2、然后元类层：Mymeta->type

依据上述总结，我们来分析下元类Mymeta中__call__里的self.__new__的查找

class Mymeta(type):
n=444

def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
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 StanfordTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
n=111

school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

# def __new__(cls, *args, **kwargs):
# print('StanfordTeacher.__new__')

StanfordTeacher('lili',18) #触发StanfordTeacher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StanfordTeacher、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StanfordTeacher->Foo->Bar,而object.__new__则是直接跨过了他们三个

最后说明一点

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
n=444

def __new__(cls, *args, **kwargs):
obj=type.__new__(cls,*args,**kwargs) # 必须按照这种传值方式
print(obj.__dict__)
# return obj # 只有在返回值是type的对象时，才会触发下面的__init__
return 123

def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
print('run。。。')

class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta): #StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
n=111

school='Stanford'

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

def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)

print(type(Mymeta)) #<class 'type'>
# 产生类StanfordTeacher的过程就是在调用Mymeta，而Mymeta也是type类的一个对象，那么Mymeta之所以可以调用，一定是在元类type中有一个__call__方法
# 该方法中同样需要做至少三件事：
# class type:
# def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.Mymeta'>
# obj=self.__new__(self,*args,**kwargs) # 产生Mymeta的一个对象
# self.__init__(obj,*args,**kwargs)
# return obj