python元类

原文地址： http://www.voidspace.org.uk/python/articles/five-minutes.shtml

日期： 16 September, 2008.

译者：赖勇浩（ http://blog.csdn.net/lanphaday ）

  “元类的魔幻变化比   99%  的用户所担心的更多，当你搞不懂是否真的需要用它的时候，就是不需要。”

—Tim Peters

本文源于在   PyCon UK 2008   上的一个快速演讲。

元类被称为   Python  中的“深奥的巫术”。尽管你需要用到它的地方极少（除非你基于   zope  编程），可事实上它的基础理论其实令人惊讶地易懂。

一切皆对象

• 一切皆对象
• 一切都有类型
•   “ class ”和“ type ”之间本质上并无不同
• 类也是对象
• 它们的类型是   type

以前，术语   type  用于内置类型，而术语   class  用于用户定义的类，但自   Pythoon 2.2  以来“ class ”和“ type ”本质上并无不同。

对于旧风格（ old-style ）类的类型是   types.ClassType 。

真的，这是真的

Python   2.5.1   ( r251 :54869,   Apr   18   2007,   22:08:04)
>>>   class   Something ( object ):
...       pass
...
>>>   Something
< class   '__main__.Something' >
>>>   type ( Something )
< type   'type' >

从这里可以看出在交互式解释器中创建的类是一个   first class  的对象。

类的类是……

它的元类……

就像对象是类的实例一样，类是它的元类的实例。

调用元类可以创建类。

确切来说， Python  中的其它对象也是如此。

因此当你创建一个类时……

解释器会调用元类来生成它……

定义一个继承自   object  的普通类意味着调用   type  来创建它：

>>> help(type)

Help on class type in module __builtin__:

 

class type(object)

 | type(object) -> the object's type

 | type(name, bases, dict) -> a new type

type  的第二种用法尤为重要。当   Python  解释器在执行一条类定义语句时（如例子中最初的两行代码之后），它会用下面的参数调用   type ：

• 字符串形式的类名
• 元组形式的基类序列——在我们的例子中是只有一个元素的元组（ ’one-pl’ ） [1] ，如 (object,) 。
• 包括由名字影射的类成员（类属性、方法等）的字典

简单模拟

>>>   def   __init__ ( self ):
...       self . message   =   'Hello World'
...
>>>   def   say_hello ( self ):
...       print   self . message
...
>>>   attrs   =   { '__init__' :   __init__ ,   'say_hello' :   say_hello }
>>>   bases   =   ( object ,)
>>>   Hello   =   type ( 'Hello' ,   bases ,   attrs )
>>>   Hello
< class   '__main__.Hello' >
>>>   h   =   Hello ()
>>>   h . say_hello ()
Hello   World

以上代码创建了类属性的字典，然后调用   type  来创建了名为   Hello  的类。

__metaclass__  的魔法

只要在类定义中把   __metaclass__  设置为任意有着与   type  相同参数的可调用对象，就能够提供自定义的元类。

通常使用从   type  继承的方法：

class   PointlessMetaclass ( type ):
     def   __new__ ( meta ,   name ,   bases ,   attrs ):
         # do stuff...
         return   type . __new__ ( meta ,   name ,   bases ,   attrs )

重要的是在   __new__  方法中我们能够读取或改变传入的用以创建新类的参数。从而能够内省属性字典和改动、增加或者删除成员。

尽管当实例化一个类时这两个函数都会被调用，但覆盖   __new__  比   __init__  更为重要。 __init__  初始化一个实例，而   __new__  的职责是创建它。因此如果元类用以自定义类的创建，就需要覆盖   type  的 __new__ 。

使用新类而非仅仅提供工厂函数的原因在于如果使用工厂函数（那样只是调用   type ）的话元类不会被继承。

In Action...

>>>   class   WhizzBang ( object ):
...       __metaclass__   =   PointlessMetaclass
...
>>>   WhizzBang
< class   '__main__.WhizzBang' >
>>>   type ( WhizzBang )
< class   '__main__.PointlessMetaClass' >

WhizzBang  是一个类，但它现在已经不是   type  的实例，而是我们自定义的元类的实例了……

这有什么用？

很好的问题，元类将用在创建使用了它的新类时调用，这里是一些关于这样做的好处的观点：

• 装饰（ Decorate ）类的所有方法，用以日志记录或者性能剖分。
• 自动   Mix-in  新方法
• 在创建时注册类。（例如自动注册插件或从类成员创建数据库模式。）
• 提供接口注册，功能自动发现和接口适配。
• 类校验：防止子类化，校验所有的方法是否都有   docstrings 。

最重要之处在于元类中是在最后对   type  的调用时才真正创建类，所以可以自由地随你喜欢地改变属性字典（以及名称和元组形式的基类序列）。

一些流行的   Python ORM （ Object Relational Mappers （对象关系影射），用以和数据库协同工作）也如此使用元类。

哦，还有因为元类是继承的，所以你能够提供一个使用了你的元类的基类，而继承自它的子类就无需显式声明它了。

但是……

我曾未需要使用它来编写代码……（我们用它来剖分，也在   Ironclad   项目广泛应用它，但我不编写这些）。

还有，这一切只适用于   Python 2.x ，其中的机制在   Python 3  中已经改变了。

type(type) is type

在   Python 2.6  中现在也可用使用  class decorators   来实现许多以前可能需要用元类来实现的东西。

最后，还有一个极尽奇技淫巧的例子（稍为深入，但仍然不难消化），可以去看看   The Selfless Metaclass 。它通过字节码和方法签名重写来避免显式地声明   self  。