(一) python中的類

今天看到一篇好文，然后結(jié)合自己的情況總結(jié)一波。

這里討論的python類，都基于python2.7x以及繼承于object的新式類進行討論。

首先在python中，所有東西都是對象。這句話非常重要要理解元類我要重新來理解一下python中的類。

class Trick(object): 
    pass 

當(dāng)python在執(zhí)行帶class語句的時候，會初始化一個類對象放在內(nèi)存里面。例如這里會初始化一個Trick對象。

這個對象(類)自身擁有創(chuàng)建對象(通常我們說的實例，但是在python中還是對象)的能力。

為了方便后續(xù)理解，我們可以先嘗試一下在新式類中最古老厲害的關(guān)鍵字type。

input: 
class Trick(object): 
pass 
 
print type('123') 
print type(123) 
print type(Trick()) 
 
output: 
<type 'str'> 
<type 'int'> 
<class '__main__.Trick'>  

可以看到能得到我們平時使用的 str, int, 以及我們初始化的一個實例對象Trick()

但是下面的方法你可能沒有見過，type同樣可以用來動態(tài)創(chuàng)建一個類

type(類名, 父類的元組(針對繼承的情況，可以為空)，包含屬性的字典(名稱和值))

這個怎么用呢，我要用這個方法創(chuàng)建一個類 讓我們看下下面的代碼

input: 
print type('trick', (), {}) 
 
output: 
<class '__main__.trick'> 
同樣我們可以實例化這個類對象 
 
input: 
print type('trick', (), {})() 
 
output: 
<__main__.trick object at 0x109283450>  

可以看到，這里就是一個trick的實例對象了。

同樣的這個方法還可以初始化創(chuàng)建類的父類，同時也可以初始化類屬性:

input: 
class FlyToSky(object): 
    pass 
 
pw = type('Trick', (FlyToSky, ), {'laugh_at': 'hahahaha'}) 
print pw().laugh_at 
print pw.__dict__ 
print pw.__bases__ 
print pw().__class__ 
print pw().__class__.__class__ 
 
 
output: 
hahahaha 
{'__module__': '__main__', 'laugh_at': 'hahahaha', '__doc__': None} 
(<class '__main__.FlyToSky'>,) 
<class '__main__.Trick'> 
<type 'type'>  

下面我將依次理一下上面的內(nèi)容，在此之前我必須先介紹兩個魔法方法：

1. __class__這個方法用于查看對象屬于是哪個生成的，這樣理解在python中的所有東西都是對象，類對象也是對象。如果按照以前的思維來想的話就是類是元類的實例，而實例對象是類的實例。
2. __bases__這個方法用于得到一個對象的父類是誰，特別注意一下__base__返回單個父類，__bases__以tuple形式返回所有父類。

好了知道了這兩個方法我來依次說一下每行什么意思。

1. 使用type創(chuàng)建一個類賦值給pw type的接受的三個參數(shù)的意思分辨是(類的名稱， 類是否有父類(), 類的屬性字典{})
2. 這里初始化一個類的實例，然后嘗試去獲得父類的laugh_at屬性值，然后得到結(jié)果hahahaha
3. 取一個pw的也就是我們常見類的類字典數(shù)據(jù)
4. 拿到pw的父類，結(jié)果是我們指定的 FlyToSky
5. pw的實例pw()屬于哪個類初始化的，可以看到是class Trick
6. 我們再看class trick是誰初始化的? 就是元類type了

(二) 什么是元類以及簡單運用

這一切介紹完之后我們總算可以進入正題

到底什么是元類?通俗的就是說，元類就是創(chuàng)建類的類。。。這樣聽起來是不是超級抽象?

來看看這個

Trick = MetaClass() 
MyObject = Trick()  

上面我們已經(jīng)介紹了，搞一個Trick可以直接這樣

Trick = type('Trick', (), {}) 

可以這樣其實就是因為，Type實際上是一個元類，用他可以去創(chuàng)建類。什么是元類剛才說了，元類就是創(chuàng)建類的類。也可以說他就是一個類的創(chuàng)建工廠。

類上面的__metaclass__屬性，相信愿意了解元類細(xì)節(jié)的盆友，都肯定見過這個東西，而且為之好奇。不然我不知道是什么支撐你看到這里的😂。使用了__metaclass__這個魔法方法就意味著就會用__metaclass__指定的元類來創(chuàng)建類了。

class Trick(FlyToSky): 
    pass  

當(dāng)我們在創(chuàng)建上面的類的時候，python做了如下的操作：

Trick中有__metaclass__這個屬性嗎?如果有，那么Python會在內(nèi)存中通過__metaclass__創(chuàng)建一個名字為Trick的類對象，也就是Trick這個東西。如果Python沒有找到__metaclass__，它會繼續(xù)在自己的父類FlyToSky中尋找__metaclass__屬性，并且嘗試以__metaclass__指定的方法創(chuàng)建一個Trick類對象。如果Python在任何一個父類中都找不到__metaclass__，它也不會就此放棄，而是去模塊中搜尋是否有__metaclass__的指定。如果還是找不到，好吧那就是使用默認(rèn)的type來創(chuàng)建Trick。

那么問題來了，我們要在__metaclass__中放置什么呢?答案是可以創(chuàng)建一個類的東西，type,或者任何用到type或子類化type的東西都行。

(三) 自定義元類

自定義類的的目的，我總結(jié)了一下就是攔截類的創(chuàng)建，然后修改一些特性，然后返回該類。是不是有點熟悉?沒錯，就是感覺是裝飾器干的事情，只是裝飾器是修飾一個函數(shù)，同樣是一個東西進去，然后被額外加了一些東西，最后被返回。

其實除了上面談到的制定一個__metaclass__并不需要賦值給它的不一定要是正式類，是一個函數(shù)也可以。要創(chuàng)建一個使所有模塊級別都是用這個元類創(chuàng)建類的話，在模塊級別設(shè)定__metaclass__就可以了。先寫一個來試試看，我還是延用stackoverflow上面那個哥們的例子，將所有的屬性都改為大寫的。🤗

來看這個例子：

input: 
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr): 
    """ 
    返回一個對象,將屬性都改為大寫的形式 
    :param class_name:  類的名稱 
    :param class_parents: 類的父類tuple 
    :param class_attr: 類的參數(shù) 
    :return: 返回類 
    """ 
    # 生成了一個generator 
    attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith('__')) 
    uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs) 
    return type(class_name, class_parents, uppercase_attrs) 
 
__metaclass__ = upper_attr 
 
pw = upper_attr('Trick', (), {'bar': 0}) 
print hasattr(pw, 'bar') 
print hasattr(pw, 'BAR') 
print pw.BAR 
 
output: 
False 
True 
0  

可以從上面看到，我實現(xiàn)了一個元類(metaclass)， 然后指定了模塊使用這個元類來創(chuàng)建類，所以當(dāng)我下面使用type進行類創(chuàng)建的時候，可以發(fā)現(xiàn)小寫的bar參數(shù)被替換成了大寫的BAR參數(shù)，并且在最后我調(diào)用了這個類屬性并，打印了它。

上面我們使用了函數(shù)做元類傳遞給類，下面我們使用一個正式類來作為元類傳遞給__metaclass__

class UpperAttrMetaClass(type): 
    def __new__(mcs, class_name, class_parents, class_attr): 
        attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith('__')) 
        uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs) 
        return super(UpperAttrMetaClass, mcs).__new__(mcs, class_name, class_parents, uppercase_attrs) 
 
 
class Trick(object): 
    __metaclass__ = UpperAttrMetaClass 
    bar = 12 
    money = 'unlimited' 
 
print Trick.BAR 
print Trick.MONEY  

總結(jié)：

啊好累好累終于寫完了。。。寫了好久，總之就像我上面說的，略帶一點裝飾器的思路去理解元類這件事情，可能會讓你豁然開朗。元類這種黑暗魔法按照常理來說是不應(yīng)該被廣泛使用的，從寫業(yè)務(wù)代碼一年差不多一年，除了在完成kepler項目的時候稍微黑魔法了一下(實際是根本不需要這樣操作)，其他地方都沒有用到過。等到真正需要的時候，你可能不會去思考為什么要去使用，而是因為要解決問題所以就是要這樣寫，所以才出現(xiàn)了元類這種東西。我是這樣理解的，一個東西存在的真正意義就在于你可以用這個東西去解決以前難以解決的問題，可以讓難以解決的問題變得簡單起來，而不是為了炫技讓一個問題變得復(fù)雜起來。