元類metaclass

来源:https://www.cnblogs.com/carlous/archive/2019/03/25/10596890.html
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一 什麼是元類 一切源自於一句話：python中一切皆為對象。讓我們先定義一個類，然後逐步分析 所有的對象都是實例化或者說調用類而得到的（調用類的過程稱為類的實例化），比如對象t1是調用類OldboyTeacher得到的。 如果一切皆為對象，那麼類OldboyTeacher本質也是一個對象，既然所有 ...


 

 一 什麼是元類

一切源自於一句話：python中一切皆為對象。讓我們先定義一個類，然後逐步分析

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)) #查看對象t1的類是<class '__main__.OldboyTeacher'>

所有的對象都是實例化或者說調用類而得到的（調用類的過程稱為類的實例化），比如對象t1是調用類OldboyTeacher得到的。

如果一切皆為對象，那麼類OldboyTeacher本質也是一個對象，既然所有的對象都是調用類得到的，那麼OldboyTeacher必然也是調用了一個類得到的，這個類稱為元類

print(type(OldboyTeacher)) # 結果為<class 'type'>，證明是調用了type這個元類而產生的OldboyTeacher，即預設的元類為type

 

二 class關鍵字創建類的流程分析

我們用class關鍵字定義的類本身也是一個對象，負責產生該對象的類稱之為元類（元類可以簡稱為類的類），內置的元類為type

class關鍵字在幫我們創建類時，必然幫我們調用了元類OldboyTeacher=type(...)，那調用type時傳入的參數是什麼呢？必然是類的關鍵組成部分，一個類有三大組成部分，分別是

1、類名class_name='OldboyTeacher'

2、基類們class_bases=(object,)

3、類的名稱空間class_dic，類的名稱空間是執行類體代碼而得到的

調用type時會依次傳入以上三個參數

#exec：三個參數

#參數一：包含一系列python代碼的字元串

#參數二：全局作用域（字典形式），如果不指定，預設為globals()

#參數三：局部作用域（字典形式），如果不指定，預設為locals()

#可以把exec命令的執行當成是一個函數的執行，會將執行期間產生的名字存放於局部名稱空間中
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}
exec模擬實現創建類

三 自定義元類控制類OldboyTeacher的創建和調用

　class Mymeta(type): # 只有繼承了type類才能稱之為一個元類，否則就是一個普通的自定義類

　　# def __init__(self,*args,**kwargs ):  # 簡寫
   #     super(Mymeta, self).__init__(*args,**kwargs)

　　# type的__call__會調用Mymeta的__init__和type代碼中的__new__創建OldboyTeacher對象（如果__new__沒有重寫）
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):  # class OldboyTeacher(object, metaclass=Mymeta)時觸發 
        # 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)  # 重用父類的功能

        if class_name.islower():
            raise TypeError('類名%s請修改為駝峰體' % class_name)

        if '__doc__' not in class_dic or len(class_dic['__doc__'].strip(' \n')) == 0:
            raise TypeError('類中必須有文檔註釋，並且文檔註釋不能為空')

    def __call__(cls, *args, **kwargs): # cls=<class '__main__.OldboyTeacher'> OldboyTeacher()的時候觸發執行
        # 1、調用__new__產生一個空對象obj
        obj = cls.__new__(cls)  # 此處的cls是類OldoyTeacher，必須傳參，代表創建一個OldboyTeacher的對象obj，

        # 2、調用__init__初始化空對象obj
        cls.__init__(obj, *args, **kwargs)

        # 3、返回初始化好的對象obj   就是OldboyTeacher()的實例化對象 old_tea
        return obj


class OldboyTeacher(object, metaclass=Mymeta):  # OldboyTeacher=Mymeta('OldboyTeacher',(object),{...})
    """
    類OldboyTeacher的文檔註釋
    """
    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)

簡單來說：（type指元類，預設就是type）

- 類的創建  （class 類 ）
　　type.__init__
- 對象的創建 （ 類() ）
　　type.__call__
　　　　- 類.__new__
　　　　- 類.__init__

如果一類自己或基類中指定了metaclass，那麼該類就是由metaclass指定的type或mytype創建。

 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 # 列印兩次111
父類指定metaclass 
 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
兩種變形的metaclass指定方法

 

四 自定義元類的類屬性查找

我們用class自定義的類也全都是對象（包括object類本身也是元類type的 一個實例，可以用type(object)查看），我們學習過繼承的實現原理，如果把類當成對象去看，將下述繼承應該說成是：對象OldboyTeacher繼承對象Foo，對象Foo繼承對象Bar，對象Bar繼承對象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) 
#自下而上依次註釋各個類中的n=xxx，然後重新運行程式，發現n的查找順序為OldboyTeacher->Foo->Bar->object->Mymeta->type



於是屬性查找應該分成兩層，一層是對象層（基於c3演算法的MRO）的查找，另外一個層則是類層（即元類層）的查找。





#查找順序：
#1、先對象層：OldoyTeacher->Foo->Bar->object
#2、然後元類層：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) #觸發OldboyTeacher的類中的__call__方法的執行，進而執行self.__new__開始查找 


分析下元類Mymeta中__call__里的self.__new__的查找



總結，Mymeta下的__call__里的self.__new__在OldboyTeacher、Foo、Bar里都沒有找到__new__的情況下，會去找object里的__new__，而object下預設就有一個__new__，所以即便是之前的類均未實現__new__,也一定會在object中找到一個，根本不會、也根本沒必要再去找元類Mymeta->type中查找__new__

我們在元類的__call__中也可以用object.__new__(self)去造對象

但我們還是推薦在__call__中使用self.__new__（self）去創造空對象，因為這種方式會檢索三個類OldboyTeacher->Foo->Bar,而object.__new__則是直接跨過了他們三個


答案

 


五 案例


元類屬於python最深層的語言特性，一般開發中很少用到，下麵舉一些用到元類的案例。




# 自定義Form表單
class RegisterForm(Form):
    name = simple.StringField(
        label='用戶名',
        validators=[
            validators.DataRequired()
        ],
        widget=widgets.TextInput(),
        render_kw={'class': 'form-control'},
        # default='alex'
    )

# Form指定了元類，Form其子類也會繼承指定的元類。
class Form(with_metaclass(FormMeta, BaseForm)):
    Meta = DefaultMeta

# FormMeta源碼
class FormMeta(type):
    def __init__(cls, name, bases, attrs):
        type.__init__(cls, name, bases, attrs)  # 先重用父類的初始化方法，防止需要用到父類的功能
        cls._unbound_fields = None 
        cls._wtforms_meta = None

# 該源碼詳析請參見另一篇博文 


wtforms中Form

 


 


 


 


參考：http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/8029564.html



              
	   




	

	
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