Python type 和元类 metaclass

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Aug 25, 2022
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Python
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Python 的 type 和 metaclass 之间的联系
type
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Python 一切皆对象，包括类 class 也是对象通过 type() 创建类通过 metaclass 创建类metaclass 的存在的意义是动态创建类、拦截类、修改类分层思想的体现metaclass 实际应用场景别忘了修改类其实还可以使用装饰器type 是自己的对象，也是自己的元类type.__new__ type.__init__ 和 type.__call__ 关系

Python 一切皆对象，包括类 class 也是对象

众所周知 Python 跟 Java 一样，一切皆对象，所以 class 类也是对象，而对象可以动态创建，所以一个 class 类也可以被动态创建出来。
 

通过 type() 创建类

type 的定义，type 是一个类 class，只不过可以 __callable__ 。
type 传入一个参数时，返回的是参数的类型。
 
type 传入三个参数时，用来创建类：
第一个参数 name 是被创建的类的名字，str 类型
第二个参数 bases 是被创建的类的父类，tuple 类型，不传默认是 (object,)
第三个参数 dict 是被创建的类的属性和方法，dict 类型
下面两种创建类的方式，结果是一样的
 

通过 metaclass 创建类

我们知道可以用 class 类来创建 object 对象，而 class 类本身也是对象，那么 class 这个对象由谁来创建呢？答案就是 metaclass，metaclass 是 class 的 class，metaclass 创建 class，class 创建 object，metaclass→class→object：
a 是对象，对象的类型是 class，class 的类型是 metaclass
能创建类的类，就是 metaclass 元类，上述的 type 就是一个元类。
 
Python 2 中给一个 class 指定一个创建它的元类：
Python 3 中语法有变化：
 

metaclass 的存在的意义是动态创建类、拦截类、修改类

就像动态创建对象一样，你想在哪创建一个对象都可以，同样的你想创建一个自定义的类，然后根据它创建实例。
假设有一个需求是将左右的类的属性，都处理成大写的，演进过程如下：
给 module 指定一个 __metaclass__ 处理方法
自定义一个元类，注意元类是用来创建类的，所以必须继承自type
简写一下：
注意到最后一行，调用的是 type，这还不算 OOP，因为并没有调用父类，所以最好改成：
或者可以改成使用 super：
 

分层思想的体现

metaclass 可以做的事：
  • intercept a class creation
  • modify the class
  • return the modified class
应用层想用类创建实例，然后使用实例。而至于类是怎么来的，应用层并不关心，创建类这一步就交给元类处理，而在元类这一层中做修改，对上层应用来说是透明的。
 

metaclass 实际应用场景

最多的是用在定义 API 方面，这个 API 不是狭义的应用接口，而是更广泛意义的接口、协议，类似一种转换器的概念，API 给应用提供了简单的使用接口，而把复杂的处理转换隐藏在 metaclass 内部，经过处理的结果最终输出到另一个系统中。典型的例子就是 Django 中的 ORM：
当打印 person.age 时，并不是返回 IntegerField 对象，而是返回一个 int 值，而且还可以使用这个对象写入到 db 中，这一些都是因为 models.Model 背后的 metaclass，其讲复杂的类型转换等操作隐藏在内部，而给业务提供了一个十分简洁的使用接口。
另外就是需要动态生成类的地方，例如写一个 CacheMeta，可以给各种未知的类加缓存，具体给哪些类加缓存，对于这个元类来说是未知的，所以需要在运行过程中动态生成，此时就可以使用元类的方式。
 

别忘了修改类其实还可以使用装饰器

装饰器的思路也是分层，在类使用之前，给类套一层外壳。
 

type 是自己的对象，也是自己的元类

Python 一切皆对象，要么是 class 的对象，要么是 metaclass 的对象，而只有 type 例外。
type 是 type 自己的对象，type 也是 type 自己的 metaclass，这没办法在纯 Python 中实现，而是在语言实现层面做的特殊处理实现的。
 
 

type.__new__ type.__init__ 和 type.__call__ 关系

  • type.__new__：
    • 是在元类中，根据入参，创建出普通类，即从类语法定义生成类实体
    • metaclass 调用 __new__ 创建 class，就像 class 调用 __new__ 创建 object 一样
  • type.__init__：
    • 在 __new__ 完成后，即根据语法定义创建出类之后调用，给该类做初始化操作
    • 不产生什么返回值
    • metaclass 调用 __init__ 初始化 class，就像 class 调用 __init__ 初始化object一样
  • type.__call__：
    • 根据一个实体存在的类，创建一个该类的对象
    • 在一个具体对象 object 上直接调用 对象名()，会执行 class 中定义的 __call__，同理在 class 上直接调用 class()，会执行 metaclass 中定义的 __call__
 
参考：
 

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