(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(jìn)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(shí)候，會初始化一個(gè)類對象放在內(nèi)存里面。例如這里會初始化一個(gè)Trick對象。

這個(gè)對象(類)自身擁有創(chuàng)建對象(通常我們說的實(shí)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(shí)使用的 str, int, 以及我們初始化的一個(gè)實(shí)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(gè)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(gè)怎么用呢，我要用這個(gè)方法創(chuàng)建一個(gè)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(shí)例化這個(gè)類對象 
 
input: 
print type('trick', (), {})() 
 
output: 
<__main__.trick object at 0x109283450>  

可以看到，這里就是一個(gè)trick的實(shí)例對象了。

同樣的這個(gè)方法還可以初始化創(chuàng)建類的父類，同時(shí)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(gè)魔法方法：

1. __class__這個(gè)方法用于查看對象屬于是哪個(gè)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(shí)例，而實(shí)例對象是類的實(shí)例。
2. __bases__這個(gè)方法用于得到一個(gè)對象的父類是誰，特別注意一下__base__返回單個(gè)父類，__bases__以tuple形式返回所有父類。

好了知道了這兩個(gè)方法我來依次說一下每行什么意思。

1. 使用type創(chuàng)建一個(gè)類賦值給pw type的接受的三個(gè)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(gè)類的實(shí)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(gè)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(shí)例pw()屬于哪個(gè)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(yùn)用

這一切介紹完之后我們總算可以進(jìn)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(gè)

Trick = MetaClass() 
MyObject = Trick()  

上面我們已經(jīng)介紹了，搞一個(gè)Trick可以直接這樣

Trick = type('Trick', (), {}) 

可以這樣其實(shí)就是因?yàn)?，Type實(shí)際上是一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)候，python做了如下的操作：

Trick中有__metaclass__這個(gè)屬性嗎?如果有，那么Python會在內(nèi)存中通過__metaclass__創(chuàng)建一個(gè)名字為Trick的類對象，也就是Trick這個(gè)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(gè)Trick類對象。如果Python在任何一個(gè)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(gè)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(diǎn)熟悉?沒錯(cuò)，就是感覺是裝飾器干的事情，只是裝飾器是修飾一個(gè)函數(shù)，同樣是一個(gè)東西進(jìn)去，然后被額外加了一些東西，最后被返回。

其實(shí)除了上面談到的制定一個(gè)__metaclass__并不需要賦值給它的不一定要是正式類，是一個(gè)函數(shù)也可以。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)使所有模塊級別都是用這個(gè)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(gè)來試試看，我還是延用stackoverflow上面那個(gè)哥們的例子，將所有的屬性都改為大寫的。🤗

來看這個(gè)例子：

input: 
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr): 
    """ 
    返回一個(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)了一個(gè)元類(metaclass)， 然后指定了模塊使用這個(gè)元類來創(chuàng)建類，所以當(dāng)我下面使用type進(jìn)行類創(chuàng)建的時(shí)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(gè)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(gè)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(diǎn)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(xiàng)目的時(shí)候稍微黑魔法了一下(實(shí)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(shí)候，你可能不會去思考為什么要去使用，而是因?yàn)橐鉀Q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(gè)東西存在的真正意義就在于你可以用這個(gè)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(gè)問題變得復(fù)雜起來。