Python中元类的作用

1.什么是类

在理解元类之前，我们必须先掌握Python中的类(class)。

和大多数语言一样，Python中的类知识用来描述如何“生成一个对象”：

但是，在Python中，类不仅能用来描述如何生成一个对象， 类本身也是对象 。

在你使用关键词** class **的时候，Python就会执行它，并创建一个对象。

>> > class ObjectCreator(object):
...       pass
...

上述指令在内存中创建了一个“ObjectiveCreator”的对象。

这个对象（类）本身具有创建对象（实例）的能力，因此它也是一个类。你可以对它做以下操作：

1.将其分配给变量
2.复制它
3.为其添加属性
4.将其作为函数参数传递

例如：

2.动态创建类

由于类是对象，因此你可以像创建任何对象（数组、字典等）一样，随时随地创建类。

你甚至可以在函数里创建类：

但是，这样的类并不是很动态，因为你必须自己编写整个类。

使用class关键字时，Python会帮你自动创建此对象，但是，Python同样也提供了一种手动创建的方法，那就是type函数。

>> > print(type(1))
< type 'int' >
 >> > print(type("1"))
< type 'str' >
 >> > print(type(ObjectCreator))
< type 'type' >
 >> > print(type(ObjectCreator()))
< class '__main__.ObjectCreator' >

type函数最经典的用法是返回对象的类型。但是很少人知道，它还能接受参数并手动创建类。

type(name, bases, attrs)

其中

• name : 类名
• bases : 元组，父类名
• attrs : 字典，类属性值

因此你可以这样手动创建类：

>> > MyShinyClass = type('MyShinyClass', (), {}) # returns a class object
 >> > print(MyShinyClass)
< class '__main__.MyShinyClass' >
 >> > print(MyShinyClass()) # create an instance with the class
< __main__.MyShinyClass object at 0x8997cec >

如果你想给它赋予属性，可以这样玩：

>> > class Foo(object):
...       bar = True

等同于

>> > Foo = type('Foo', (), {'bar':True})

用来继承也是可以的：

>> > FooChild = type('FooChild', (Foo,), {})
 >> > print(FooChild)
< class '__main__.FooChild' >
 >> > print(FooChild.bar) # bar is inherited from Foo
True

可见通过 type() 函数创建的类和直接写class是完全一样的。

因为Python解释器遇到class定义时，仅仅是扫描一下class定义的语法，然后调用 type() 函数创建出class。

正常情况下，我们用class来定义类，但是，type()函数也允许我们动态创建类，也就是说，动态语言本身支持运行期动态创建类，这和静态语言有非常大的不同。

Python是通过什么做到这一切的？那就是元类。

3.什么是元类

元类就是用于创建类的“东西”。

你定义类是为了创建对象，Python中所有的类都是对象。元类是用于创建这些对象的。可以看这个例子：

MyClass = MetaClass()
my_object = MyClass()

这有点像套娃。这段代码转化为type就是这样的：

MyClass = type('MyClass', (), {})

因此，我们可以得到一个基本事实，type 本身就是一个 元类 。

其实，就是 type 在幕后创建了Python中所有的类。

通过检查__class__属性，你会看到Python中，一切对象都是基于 type 的：

>> > age = 35
 >> > age.__class__
< type 'int' >
 >> > name = 'bob'
 >> > name.__class__
< type 'str' >
 >> > def foo(): pass
 >> > foo.__class__
< type 'function' >
 >> > class Bar(object): pass
 >> > b = Bar()
 >> > b.__class__
< class '__main__.Bar' >

那么，有个有趣的问题,__class__的__class__是什么呢？

>> > age.__class__.__class__
< type 'type' >
 >> > name.__class__.__class__
< type 'type' >
 >> > foo.__class__.__class__
< type 'type' >
 >> > b.__class__.__class__
< type 'type' >

因此，元类只是创建类对象的东西，如果愿意，可以将其称为“类的工厂”。

type 是Python使用的内置元类。不过，你可以创建自己的元类。

3.1 __metaclass__属性

在Python 2中，可以在编写类时添加属性__metaclass__，使用某个元类来创建该类：

class Foo(object):
    __metaclass__ = something...
    [...]

不过要小心的是，你虽然先写了 class Foo(object)，但Foo这个对象尚未被创建，Python将先寻找__metaclass__类，找到后用它来创建Foo类。

如果没有这个__metaclass__类，它将使用 type 来创建类。

因此，类创建的流程是这样的：

1.创建的类中有__metaclass__元类属性吗？

2.如果有，那就用__metaclass__给该类在内存中创建一个类对象。

3.如果Python找不到__metaclass__，它将在MODULE级别查找__metaclass__属性 。

4.如果还是没有，那就使用父类的元类来创建类对象。

现在的问题就是，你可以在__metaclass__中放置些什么代码呢？

答案就是：可以创建一个类的东西。那么什么可以用来创建一个类呢？type，或者任何继承或使用它的东西。

3.2 Python 3中的元类

设置元类的语法在Python3已改为：

class Foo(object, metaclass=something):
    ...

即不再使用__metaclass__属性，而是在基类参数列表中引入关键字参数。

不过元类的基本工作方式不变。在Python3中，你可以将属性作为关键字参数传递给元类：

class Foo(object, metaclass=something, kwarg1=value1, kwarg2=value2):
    ...

4.为什么需要元类

元类最主要的一个应用方向是创建API，一个最著名的应用是Django ORM，比如：

class Person(models.Model):
    name = models.CharField(max_length=30)
    age = models.IntegerField()

当你这样访问属性的时候：

person = Person(name='bob', age='35')
print(person.age)

它并不会返回models.IntegerField，而是返回了一个整形的数字。

这是因为models.Model引用了一个ModelBase类，该类随后进行了魔术般地操作，使其能够与数据库字段进行挂钩。

这就是元类的作用，Django通过它，完成了系列复杂的幕后工作，将原本非常复杂的事情变得非常简单。