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
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 type 用于內(nèi)置類型，而術(shù)語 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
- Python 2.5.1 (r251:54869, Apr 18 2007, 22:08:04)
- >>> class Something(object):
- ... pass
- ...
- >>> Something
- <class '__main__.Something'>
- >>> type(Something)
- <type 'type'>
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：
- >>> 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 的第二種用法尤為重要。當(dāng) Python 解釋器在執(zhí)行一條類定義語句時(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
- >>> 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：
- 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...
- >>> class WhizzBang(object):
- ... __metaclass__ = PointlessMetaclass
- ...
- >>> WhizzBang
- <class '__main__.WhizzBang'>
- >>> type(WhizzBang)
- <class '__main__.PointlessMetaClass'>
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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