元類

元類

什麼是元類？
答：類的類。

如何理解？可以這樣說，我們用類來創建一個實例對象如myObject = MyClass()。事實上Python中的類也是對象（萬物皆對象），所以類也需要通過類的類創建，如MyClass = MetaClass()。這個類的類（MetaClass）就是元類。

元類從哪來

通常我們用type(object)來獲取一個對象的類型，如：

>>> type(512)
<class 'int'>
>>> type("zhong")
<class 'str'>

然而type()還有另一個用處：type(name, bases, dict) -> a new type，也就是用來創建一個類。一般我們都是通過class關鍵字來定義一個類：

class  MyClass(object):
	pass

但也可以用type動態創建一個類：

>>> MyClass = type("MyClass", (), {})
>>> myObject = MyClass()

---

其實type就是一個元類。Python中所有類都是通過type來創建的。我們可以通過__class__來驗證：

>>> str.__class__
<class 'type'>
>>> int.__class__
<class 'type'>
>>> object.__class__
<class 'type'>

我們自己用class定義出來的類也是如此：

>>> class MyClass(object):
	pass

>>> myObject = MyClass()
>>> myObject.__class__.__class__
<class 'type'>

type的用法

函數接口：type(name, bases, dict)

• name：類名
• bases：基類，接收一個元組
• dict：綁定類的方法和屬性

---

現在通過類比的方式來理解type()的使用。

第一種：利用class關鍵字定義類

class MyClass(object):
    def __init__(self):
        self.string = "this is a test class"

    def print_str(self):
        print(self.string)

if __name__ == "__main__":
    myObject = MyClass()
    print(myObject.string)
    myObject.print_str()

# 輸出：
#this is a test class
#this is a test class

第二種：利用type創建類

string = "this is a test class"

def print_str(self):
    print(self.string)

MyClass = type(
               "MyClass",
               (object,),
               dict(string=string, print_str=print_str))

if __name__ == "__main__":
    myObject = MyClass()
    print(myObject.string)
    myObject.print_str()

# 輸出：
#this is a test class
#this is a test class

創建類的過程

當我們用如下方法

class MyClass(object):
	pass

Python做了這樣的操作：（1）在MyClass中尋找metaclass，如果存在，用它來創建名MyClass的類對象；（2）如果不存在，就去父類（這裏是object）中找；（3）最後都沒找到，利用Python內置的type()創建這個類對象

注： 在Python2中，如果沒在父類中找到metaclass會去模塊層次中尋找，但似乎Pythony3裏取消了，這裏留疑

metaclass的使用

比如，我們想給自己定義的類添加author屬性，即所有實例化的對象都可以執行語句：a.author來獲取作者信息，實現代碼如下：

def upper_attr(name, bases, attrs):
    # 增加author信息
    attrs.update({"author":"Guan"})
    # 返回一個類的類
    return type(name, bases, attrs)

# metaclass的使用方法
class MyClass(object, metaclass=upper_attr):
    pass


if  __name__ == "__main__":
    myObj = MyClass()
    print(myObj.author)

# 輸出：
#Guan

---

事實上，更建議metaclass對接一個自定義的元類，而不是函數

# 需要繼承自type
class MyMetaClass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        attrs.update({"author":"Guan"})
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)


class MyClass(object, metaclass=MyMetaClass):
    pass


if  __name__ == "__main__":
    myObj = MyClass()
    print(myObj.author)

# 輸出
#Guan

元類的作用

元類的主要目的就是爲了當創建類時能夠自動地改變類。正如我前邊的列子，創建的每一個類都能夠自動添加author屬性。

參考

1. 伯樂在線（深刻理解Python中的元類(metaclass)）
2. 廖雪峯（使用元類）
3. 知乎專欄（一步步理解Python中的元類metaclass）