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五分鐘理解Python元類（Metaclasses）

“元類的魔幻變化比 99% 的用戶所擔(dān)心的更多，當(dāng)你搞不懂是否真的需要用它的時(shí)候，就是不需要。”—Tim Peters

成都創(chuàng)新互聯(lián)公司于2013年開始，先為襄城等服務(wù)建站，襄城等地企業(yè)，進(jìn)行企業(yè)商務(wù)咨詢服務(wù)。為襄城企業(yè)網(wǎng)站制作PC+手機(jī)+微官網(wǎng)三網(wǎng)同步一站式服務(wù)解決您的所有建站問題。

本文源于在 PyCon UK 2008 上的一個(gè)快速演講。

元類被稱為 Python 中的“深?yuàn)W的巫術(shù)”。盡管你需要用到它的地方極少(除非你基于 zope編程)，可事實(shí)上它的基礎(chǔ)理論其實(shí)令人驚訝地易懂。

一切皆對(duì)象

◆ 一切皆對(duì)象

◆ 一切都有類型

◆ “class”和“type”之間本質(zhì)上并無不同

◆ 類也是對(duì)象

◆ 它們的類型是 type

以前，術(shù)語(yǔ) type 用于內(nèi)置類型，而術(shù)語(yǔ) class 用于用戶定義的類，但自 Pythoon 2.2 以來“class”和“type”本質(zhì)上并無不同。

對(duì)于舊風(fēng)格(old-style)類的類型是 types.ClassType。

真的，這是真的

 
 
 
      
  
  
  1. Python 2.5.1 (r251:54869, Apr 18 2007, 22:08:04)  
    2.   
  
  
  2. >>> class Something(object):  
    3.   
  
  
  3. ...     pass 
    4.   
  
  
  4. ...  
    5.   
  
  
  5. >>> Something  
    6.   
  
  
  6.   
    7.   
  
  
  7. >>> type(Something)  
    8.   
  
  
  8.  
    9.

從這里可以看出在交互式解釋器中創(chuàng)建的類是一個(gè) first class 的對(duì)象。

類的類是……

它的元類……

就像對(duì)象是類的實(shí)例一樣，類是它的元類的實(shí)例。

調(diào)用元類可以創(chuàng)建類。

確切來說，Python 中的其它對(duì)象也是如此。

因此當(dāng)你創(chuàng)建一個(gè)類時(shí)……

解釋器會(huì)調(diào)用元類來生成它……

定義一個(gè)繼承自 object 的普通類意味著調(diào)用 type 來創(chuàng)建它：

 
 
 
      
  
  
  1. >>> help(type)  
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. Help on class type in module __builtin__:  
    4.   
  
  
  4.  
    5.   
  
  
  5.    
    6.   
  
  
  6.  
    7.   
  
  
  7. class type(object)  
    8.   
  
  
  8.  
    9.   
  
  
  9.  |  type(object) -> the object's type  
    10.   
  
  
  10.  
    11.   
  
  
  11.  |  type(name, bases, dict) -> a new type 
    12.

type 的第二種用法尤為重要。當(dāng) Python 解釋器在執(zhí)行一條類定義語(yǔ)句時(shí)(如例子中最初的兩行代碼之后)，它會(huì)用下面的參數(shù)調(diào)用 type：

◆ 字符串形式的類名

◆ 元組形式的基類序列——在我們的例子中是只有一個(gè)元素的元組(’one-pl’)[1]，如(object,)。

◆ 包括由名字影射的類成員(類屬性、方法等)的字典

簡(jiǎn)單模擬

 
 
 
      
  
  
  1. >>> def __init__(self):  
    2.   
  
  
  2. ...     self.message = 'Hello World' 
    3.   
  
  
  3. ...  
    4.   
  
  
  4. >>> def say_hello(self):  
    5.   
  
  
  5. ...     print self.message  
    6.   
  
  
  6. ...  
    7.   
  
  
  7. >>> attrs = {'__init__': __init__, 'say_hello': say_hello}  
    8.   
  
  
  8. >>> bases = (object,)  
    9.   
  
  
  9. >>> Hello = type('Hello', bases, attrs)  
    10.   
  
  
  10. >>> Hello  
    11.   
  
  
  11.   
    12.   
  
  
  12. >>> h = Hello()  
    13.   
  
  
  13. >>> h.say_hello()  
    14.   
  
  
  14. Hello World 
    15.

以上代碼創(chuàng)建了類屬性的字典，然后調(diào)用 type 來創(chuàng)建了名為 Hello 的類。

__metaclass__ 的魔法

只要在類定義中把 __metaclass__ 設(shè)置為任意有著與 type 相同參數(shù)的可調(diào)用對(duì)象，就能夠提供自定義的元類。

通常使用從 type 繼承的方法：

 
 
 
      
  
  
  1. class PointlessMetaclass(type):  
    2.   
  
  
  2.     def __new__(meta, name, bases, attrs):  
    3.   
  
  
  3.         # do stuff...  
    4.   
  
  
  4.         return type.__new__(meta, name, bases, attrs) 
    5.

重要的是在 __new__ 方法中我們能夠讀取或改變傳入的用以創(chuàng)建新類的參數(shù)。從而能夠內(nèi)省屬性字典和改動(dòng)、增加或者刪除成員。

盡管當(dāng)實(shí)例化一個(gè)類時(shí)這兩個(gè)函數(shù)都會(huì)被調(diào)用，但覆蓋 __new__ 比 __init__ 更為重要。__init__ 初始化一個(gè)實(shí)例，而 __new__ 的職責(zé)是創(chuàng)建它。因此如果元類用以自定義類的創(chuàng)建，就需要覆蓋 type 的 __new__。

使用新類而非僅僅提供工廠函數(shù)的原因在于如果使用工廠函數(shù)(那樣只是調(diào)用 type)的話元類不會(huì)被繼承。

In Action...

 
 
 
      
  
  
  1. >>> class WhizzBang(object):  
    2.   
  
  
  2. ...     __metaclass__ = PointlessMetaclass  
    3.   
  
  
  3. ...  
    4.   
  
  
  4. >>> WhizzBang  
    5.   
  
  
  5.   
    6.   
  
  
  6. >>> type(WhizzBang)  
    7.   
  
  
  7.  
    8.

WhizzBang 是一個(gè)類，但它現(xiàn)在已經(jīng)不是 type 的實(shí)例，而是我們自定義的元類的實(shí)例了……

這有什么用?

很好的問題，元類將用在創(chuàng)建使用了它的新類時(shí)調(diào)用，這里是一些關(guān)于這樣做的好處的觀點(diǎn)：

◆ 裝飾(Decorate)類的所有方法，用以日志記錄或者性能剖分。

◆ 自動(dòng) Mix-in 新方法

◆ 在創(chuàng)建時(shí)注冊(cè)類。(例如自動(dòng)注冊(cè)插件或從類成員創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)模式。)

◆ 提供接口注冊(cè)，功能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和接口適配。

◆ 類校驗(yàn)：防止子類化，校驗(yàn)所有的方法是否都有 docstrings。

最重要之處在于元類中是在最后對(duì) type 的調(diào)用時(shí)才真正創(chuàng)建類，所以可以自由地隨你喜歡地改變屬性字典(以及名稱和元組形式的基類序列)。

一些流行的 Python ORM(Object Relational Mappers(對(duì)象關(guān)系影射)，用以和數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)同工作)也如此使用元類。

哦，還有因?yàn)樵愂抢^承的，所以你能夠提供一個(gè)使用了你的元類的基類，而繼承自它的子類就無需顯式聲明它了。

但是……

我曾未需要使用它來編寫代碼……(我們用它來剖分，也在 Ironclad 項(xiàng)目廣泛應(yīng)用它，但我不編寫這些)。

還有，這一切只適用于 Python 2.x，其中的機(jī)制在 Python 3 中已經(jīng)改變了。

type(type) is type

在 Python 2.6 中現(xiàn)在也可用使用 class decorators 來實(shí)現(xiàn)許多以前可能需要用元類來實(shí)現(xiàn)的東西。

最后，還有一個(gè)極盡奇技淫巧的例子(稍為深入，但仍然不難消化)，可以去看看 The Selfless Metaclass。它通過字節(jié)碼和方法簽名重寫來避免顯式地聲明 self。

[1] 'one-pl'是指只有一個(gè)元素的元組。

原文：http://blog.csdn.net/lanphaday/article/details/3048947

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當(dāng)前題目：五分鐘理解Python元類（Metaclasses）
文章轉(zhuǎn)載：http://www.5511xx.com/article/cdeisid.html