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鉴于本篇博文知识点较难，因此可能会有些错误，若有错误，恳请各位朋友指出，多谢各位小伙伴！
一、元类介绍
什么是元类呢？一切源自于一句话：python中一切皆为对象，因此类也是对象。让我们先定义一个类，然后逐步分析：
class StanfordTeacher(object):
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
所有的对象都是实例化或者说调用类而得到的（调用类的过程称为类的实例化），比如对象t1是调用类StanfordTeacher得到的
t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(type(t1)) #查看对象t1的类是<class '__main__.StanfordTeacher'>
如果一切皆为对象，那么类StanfordTeacher本质也是一个对象，既然所有的对象都是调用类得到的，那么StanfordTeacher必然也是调用了一个类得到的，这个类称为元类（又称类的类）即：产生StanfordTeacher的过程一定发生了：StanfordTeacher=元类(...)
# 验证
print(type(StanfordTeacher)) # 结果为<class 'type'>，证明是调用了type这个元类而产生的StanfordTeacher，即默认的元类为type
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二、class关键字创建类的流程分析
我们应该都晓得，标志类的关键字是class，那么创建类的过程就应该是由class关键字引导的。
class关键字在帮我们创建类时，必然帮我们调用了元类StanfordTeacher=type(...)，那调用type时传入的参数是什么呢？必然是类的关键组成部分，一个类有三大组成部分，分别是：
1、类名class_name='StanfordTeacher'
2、基类们class_bases=(object,)
3、类的名称空间class_dic，类的名称空间是执行类体代码而得到的
调用type时会依次传入以上三个参数
综上，class关键字帮我们创建一个类应该细分为以下四个过程
对于上图的第3步是如何生成类名称空间字典，做个补充：
# 整个类体代码其实是一个字符串，把这个字符串交给exec函数，返回一个类名称空间字典，下面为exec详解：
1. exec：三个参数
2. 参数一：包含一系列python代码的字符串
3. 参数二：全局作用域（字典形式），如果不指定，默认为globals()
4. 参数三：局部作用域（字典形式），如果不指定，默认为locals()
5. 可以把exec命令的执行当成是一个函数的执行，会将执行期间产生的名字存放于局部名称空间或全局名称空间中，最后我们要的类名称空间就是这个局部名称空间字典。
g={ # 代表全局名称空间，为什么里面还有内容呢？
'x':1,
'y':2
}
l={}
exec('''
global x,z # 声明x、z为全局变量
x=100
z=200
m=300 # m为局部变量
''',g,l)
print(g) # {'x': 100, 'y': 2......} # z不是全局变量吗，为什么g里面没有呢？
print(l) # {'m': 300}
上面代码中有人提出了两个疑问，这是由于你没有把参数二、三的意思整明白，问题解析如下：
# 参数二、三解析
答：参数二实际应该为globals(),这个globals函数获取的是当前python程序的所有全局变量，并且将其变量名和值存在字典之中，代码中的g只是模拟globals生成的字典。参数三也一样的
# 接下来再说为什么g中还有内容呢？不可以为空吗？
答：可以为空，但没有意义。global x,z，声明的是x、z为全局变量，那么globals()函数执行所得到的字典，是不是应该有这两个变量？因此我们的g模拟globals函数也应该有x、z这两个变量。
# z不是全局变量吗，为什么g里面没有呢？
答：上面说了g模拟globals函数也应该有x、z这两个变量，在我们上面的程序中，其中全局变量z是没有，因此exec函数执行后，print(g)其中没有z，其中有y，但是值没改变，因此print(g)还是打印原值。
四、自定义元类
为什么要自定义元类？
答：我们的类都是通过元类产生的，元类定义产生类这个对象的流程和规范，我们通过自定义元类，达到控制我们类的一些使用规范。比如类中必须有注释、类名必须大写，如果不这样就报错。
1、自定义元类控制类StanfordTeacher的创建
一个类没有声明自己的元类，默认它的元类就是type，除了使用内置元类type，我们也可以通过继承type来自定义元类，然后使用metaclass关键字参数为一个类指定元类
class Mymeta(type): # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
pass
类名 父类们 类名称空间
# class相当于：StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta): # 这里如果不写object，会默认继承object，但是上面的传给Mymeta的第二个参数里面就没有，当然，没写也没有什么，python自己会默认传，只是你看不到，我写出来是为了让大家看到。
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
自定义元类可以控制类的产生过程，类的产生过程其实就是元类的调用过程,即StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})，调用Mymeta会先产生一个空对象StanfordTeacher，然后连同调用Mymeta括号内的参数一同传给Mymeta下的__init__方法，完成初始化，返回初始化后的对象，于是我们可以：
class Mymeta(type): # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
# print(self) #<class '__main__.StanfordTeacher'>
# print(class_bases) #(<class 'object'>,)
# print(class_dic) #{'__module__': '__main__', '__qualname__': 'StanfordTeacher', 'school': 'Stanford', '__init__': <function StanfordTeacher.__init__ at 0x102b95ae8>, 'say': <function StanfordTeacher.say at 0x10621c6a8>}
super().__init__(class_name, class_bases, class_dic) # 重用父类的init功能
# 为什么要重用父类？因为我们现在只用重用父类方法，完成基本的初始化对象，然后加上自己的限制即可！！
# 下面为定制类的代码，也是对我们所做的对元类产生的类的限制
if class_name.islower(): # 规范类名
raise TypeError('类名%s请修改为驼峰体' %class_name) # 主动报错语句
if '__doc__' not in class_dic or len(class_dic['__doc__'].strip(' \n')) == 0: # 规范文档注释
raise TypeError('类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空') # 主动报错语句
# StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
"""
类StanfordTeacher的文档注释
"""
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
2、自定义元类控制类StanfordTeacher的调用
核心知识：__call__方法
class Foo:
def __call__(self, *args, **kwargs):
print(self)
print(args)
print(kwargs)
obj=Foo()
# 1、要想让obj这个对象变成一个可调用的对象，需要在该对象的类中定义一个方法__call__方法，该方法会在调用对象时自动触发
# 2、调用obj的返回值就是__call__方法的返回值
res=obj(1,2,3,x=1,y=2) # 相当于res=obj.__call__(1,2,3,x=1,y=2)，自动触发，因此可以obj()
# 执行结果：
<__main__.Foo object at 0x10874ccd0> # print(self)
(1, 2, 3) # print(args)
{'x': 1, 'y': 2} # print(kwargs)
想一下，调用对象，执行个call方法这并没有什么用途，当然我也只是借调用对象，说明call的作用，引出下面这个重点，调用一个对象:obj()，就是触发对象所在类中的__call__方法的执行，类也是对象。那么调用一个类：StanfordTeacher(),就是触发类的元类中的__call__方法的执行。
class Mymeta(type): #只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
def __call__(self, *args, **kwargs):
print(self) #<class '__main__.StanfordTeacher'>
print(args) #('lili', 18)
print(kwargs) #{}
return 123
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
# 调用StanfordTeacher就是在调用Mymeta类中的__call__方法
# 然后将StanfordTeacher这个对象传给self,溢出的位置参数'lili'、18传给*，溢出的关键字参数传给**
# 调用StanfordTeacher的返回值就是调用__call__的返回值
t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1) # 123
默认地，我们常说调用t1=StanfordTeacher(‘lili’,18)会做三件事
1、产生一个空对象obj
2、调用__init__方法初始化对象obj
3、返回初始化好的obj
其实这三件事就是在Mymeta类中的__call__方法中完成的。下面的代码演示完成这三件事的过程：
class Mymeta(type): # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
#1、调用__new__产生一个空对象obj
obj=self.__new__(self) # 此处的self是类StanfordTeacher，必须传参，代表创建一个StanfordTeacher的对象obj
#2、调用StanfordTeacher的__init__方法初始化空对象obj，
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
#3、返回初始化好的对象obj
return obj
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1.__dict__) #{'name': 'lili', 'age': 18}
上例的__call__相当于一个模板，我们可以在该基础上改写__call__的逻辑从而控制调用StanfordTeacher的过程，比如将StanfordTeacher的对象的所有属性都变成私有的
先看看私有属性在dict中长啥样：
class Foo:
def __init__(self):
self.__name = '123'
obj=Foo()
print(obj.__dict__)
# 执行结果
{'_Foo__name': '123'}
# 我们获取dict里的内容，然后所有属性改成_Foo__name这样子，再覆盖回dict，就完成了对所有属性的私有化。
class Mymeta(type): #只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
#1、调用__new__产生一个空对象obj
obj=self.__new__(self) # 此处的self是类StanfordTeacher，必须传参，代表创建一个StanfordTeacher的对象obj
#2、调用__init__初始化空对象obj
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
# 在初始化之后，obj.__dict__里就有值了
obj.__dict__={'_%s__%s' %(self.__name__,k):v for k,v in obj.__dict__.items()} # 这里采用了字典生成式
#3、返回初始化好的对象obj
return obj
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta):
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
t1=StanfordTeacher('lili',18)
print(t1.__dict__) #{'_StanfordTeacher__name': 'lili', '_StanfordTeacher__age': 18}
上面的代码中涉及到查找属性的问题，比如self.__new__，请看第五点。
3、自定义元类的调用
class Mymeta(type): #只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
n=444
def __new__(cls, *args, **kwargs):
obj=type.__new__(cls,*args,**kwargs) # 必须按照这种传值方式
print(obj.__dict__)
# return obj # 只有在返回值是type的对象时，才会触发下面的__init__
return 123
def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
print('run。。。')
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta): #StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
n=111
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
print(type(Mymeta)) #<class 'type'>
# 产生类StanfordTeacher的过程就是在调用Mymeta，而Mymeta也是type类的一个对象，那么Mymeta之所以可以调用，一定是在元类type中有一个__call__方法
# 该方法中同样需要做至少三件事：
# class type:
# def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.Mymeta'>
# obj=self.__new__(self,*args,**kwargs) # 调用Mymeta的new方法，产生Mymeta的一个空对象obj
# self.__init__(obj,*args,**kwargs) # 调用Mymeta的init方法初始化空对象obj
# return obj
4、总结
对象()->类内的__call__
类()->自定义元类内的__call__
自定义元类()->内置元类type的__call__
# 下面是内置元类type的部分代码
# class type:
# def __call__(self, *args, **kwargs): #self = <class '__main__.Mymeta'>
# obj=self.__new__(self,*args,**kwargs) # 调用的是Mymeta的new方法，但是产生的是StanfordTeacher的空对象，args中存储的类名、基类、类名称空间字典。
# self.__init__(obj,*args,**kwargs)
# return obj
class Mymeta(type): #只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
def __call__(self, *args, **kwargs): # self = <class '__main__.StanfordTeacher'>
print('StanfordTeacher的new方法准备运行了...')
'''查看StanfordTeacher调用时，传入的参数有哪些？
print(self, args, kwargs)
self = <class '__main__.StanfordTeacher'>
args = ('lili', 18)
kwargs = {}
'''
obj=self.__new__(self)
print('StanfordTeacher的init方法准备运行了...')
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
return obj
def __new__(cls, *args, **kwargs):
print('Mymeta的new方法准备运行了...')
''' 查看内置元类中的type.call中传入的是哪些参数
print(cls, args, kwargs)
cls = <class '__main__.Mymeta'>
类名 基类 类名称空间字典
args = ('StanfordTeacher' , (<class 'object'>,) , {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'StanfordTeacher', 'n': 111, 'school': 'Stanford', '__init__': <function StanfordTeacher.__init__ at 0x10e33fcb0>, 'say': <function StanfordTeacher.say at 0x10e33fd40>})
kwargs = {}
'''
obj=type.__new__(cls,*args,**kwargs) # 必须按照这种传值方式
return obj
def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
print('Mymeta的init方法准备运行了...')
''' 查看执行完Mymeta的new方法之后生成的对象是什么？
print(self,class_name,class_bases,class_dic)
# self = <class '__main__.StanfordTeacher'>
# class_name = StanfordTeacher
# class_bases = (<class 'object'>,)
# class_dic = {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'StanfordTeacher', 'n': 111, 'school': 'Stanford', '__init__': <function StanfordTeacher.__init__ at 0x10e33fcb0>, 'say': <function StanfordTeacher.say at 0x10e33fd40>}
'''
type.__init__(self,class_name,class_bases,class_dic)
class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta): # StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...})
n=111
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
obj = StanfordTeacher('lili',18)
# 运行结果：
Mymeta的new方法准备运行了...
Mymeta的init方法准备运行了...
StanfordTeacher的new方法准备运行了...
StanfordTeacher的init方法准备运行了...
执行顺序解析：
# 因为元类产生类这个对象，类这个对象又实例化产生类的对象！
# 因此产生类StanfordTeacher的过程称之为类对象的实例化流程，而下面这整个流程是类对象的实例对象的实例化流程
1. obj = StanfordTeacher('lili',18) # 先产生类StanfordTeacher，再调用
👇
2. 类的产生过程其实就是元类的调用过程：StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{类名称空间})
👇
3. 自定义元类的调用就是调用内置元类type的__call__：type.call('Mymeta',*args,**kwargs)，因此先执行Mymeta的new、init方法,call中传入的参数是什么，我们在Mymeta的new方法里print(cls, args, kwargs)就晓得了
# 注意type.call,调用的Mymeta的new方法生成的是StanfordTeacher空对象，为什么？因为args中存储的是StanfordTeacher的类名、基类、类名称空间字典，这个在Mymeta的init方法里print(self)就晓得了，
👇
5. 然后type.call返回创建好的对象给StanfordTeacher，因此产生类StanfordTeacher完成
👇
6. 调用StanfordTeacher('lili',18)就是调用自定义元类的__call__方法：Mymeta.__call__('StanfordTeacher','lili', 18)。args是('lili', 18),kwargs接收关键字参数，没有，因此是个空字典
👇
7. 因此这个时候就该StanfordTeacher的new、init方法执行了
👇
8. 自定义元类的__call__方法返回创建好的对象给obj
有人可能有疑问，在第2步元类调用过程，在这里是自定义元类的调用过程，但是自定义元类也需要产生吧？然后认为自定义元类的产生就是内置元类的调用过程。这种想法是正确的，自定义元类其实也是一个由class定义的普通类，只是我们继承了type类，扩展type类的功能。但是我们不需要研究这么深入，只需要享受它继承type，带来的扩展type元类的功能。
五、属性查找
结合python继承的实现原理+元类重新看属性的查找应该是什么样子呢？？？
在学习完元类后，其实我们用class自定义的类也全都是对象（包括object类本身也是元类type的 一个实例，可以用type(object)查看），我们学习过继承的实现原理，如果把类当成对象去看，将下述继承应该说成是：对象StanfordTeacher继承对象Foo，对象Foo继承对象Bar，对象Bar继承对象object
1、类查找属性（StanfordTeacher.属性）的顺序
（1）寻找类查找属性顺序，代码验证
class Mymeta(type): #只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
n=444
def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
obj=self.__new__(self)
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
return obj
class Bar(object):
n=333
class Foo(Bar):
n=222
class StanfordTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
n=111
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
print(StanfordTeacher.n) #自下而上依次注释各个类中的n=xxx，运行一次，注释一个，发现n的查找顺序为StanfordTeacher->Foo->Bar->object->Mymeta->type
于是属性查找应该分成两层，一层是继承类查找（基于c3算法的MRO）的查找，另外一个层则是元类层的查找。
#查找顺序：
#1、先对象层：StanfordTeacher->Foo->Bar->object
#2、然后元类层：Mymeta->type
（2）类查找属性顺序图解
（2）元类Mymeta中__call__里的self.__new__的属性查找
依据上述总结，我们来分析下元类Mymeta中__call__里的self.__new__的查找，注意self就是一个类，所以是符合类查找属性的顺序的：
class Mymeta(type):
n=444
def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
obj=self.__new__(self)
print(self.__new__ is object.__new__) #True
class Bar(object):
n=333
# def __new__(cls, *args, **kwargs):
# print('Bar.__new__')
class Foo(Bar):
n=222
# def __new__(cls, *args, **kwargs):
# print('Foo.__new__')
class StanfordTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
n=111
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
# def __new__(cls, *args, **kwargs):
# print('StanfordTeacher.__new__')
StanfordTeacher('lili',18) #触发StanfordTeacher的类中的__call__方法的执行，进而执行self.__new__开始查找
总结：Mymeta下的__call__里的self.__new__在StanfordTeacher、Foo、Bar里都没有找到__new__的情况下，会去找object里的__new__，而object下默认就有一个__new__，所以即便是之前的类均未实现__new__,也一定会在object中找到一个，根本不会、也根本没必要再去找元类Mymeta->type中查找__new__
注意：
1. 对于上面的代码。我们在其他继承类并没有new方法，相当于我们直接用的object的new方法，因此我们在元类的__call__中也可以直接用object.__new__(self)去造对象
2. 但我们还是推荐在__call__中使用self.__new__(self)去创造空对象，因为这种方式会检索三个类StanfordTeacher->Foo->Bar,而object.__new__则是直接跨过了他们三个
2、对象查找属性顺序
（1）何为对象查找属性顺序？
obj = StanfordTeacher('lili',18)
print(obj.n) # obj这个对象查找属性n的值
（2）寻找对象查找属性的顺序，代码验证
class Mymeta(type): #只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
n=444
def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'>
obj=self.__new__(self)
self.__init__(obj,*args,**kwargs)
return obj
class Bar(object):
#n=333
pass
class Foo(Bar):
# n=222
pass
class StanfordTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
# n=111
school='Stanford'
def __init__(self,name,age):
self.name=name
self.age=age
def say(self):
print('%s says welcome to the Stanford to learn Python' %self.name)
obj = StanfordTeacher('lili',18)
print(obj.n)
上述代码运行发现报错：
这是为什么呢？
答：因为对象的属性查找不会到元类去找，只会在继承体系中的类去找！因此它说没有这个属性n。
（3）对象属性查找顺序图解
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