元类的介绍
什么是元类呢？一切源自于一句话：python中一切皆为对象。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
于是我们可以推导出===>产生StanfordTeacher的过程一定发生了：StanfordTeacher=元类(...)
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
class关键字创建类的流程分析
上文我们基于python中一切皆为对象的概念分析出：我们用class关键字定义的类本身也是一个对象，负责产生该对象的类称之为元类（元类可以简称为类的类），内置的元类为type
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
示例：不使用class关键字创建类
# 类有三大特征： # 1、类名 class_name="People" # 2、类的基类 class_bases=(object,) # 3、执行类体代码拿到类的名称空间 class_dic={"school":"school"} class_body=""" def __init__(self,name,age): self.name=name self.age=age def print_school(self): print(school) def say(self): print('%s:%s' %(self.name,self.name)) def print_school(self): print(self.school) """ exec(class_body,{},class_dic) # print(class_dic) # 4、调用元类 People=type(class_name,class_bases,class_dic) p1=People("egon",18) p1.print_school() #school
补充：exec的用法
#exec：三个参数 #参数一：包含一系列python代码的字符串 #参数二：全局作用域（字典形式），如果不指定，默认为globals() #参数三：局部作用域（字典形式），如果不指定，默认为locals() #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中 g={ 'x':1, 'y':2 } l={} exec(''' global x,z x=100 z=200 m=300 ''',g,l) print(g) #{'x': 100, 'y': 2,'z':200,......} print(l) #{'m': 300}
自定义元类控制类StanfordTeacher的创建
一个类没有声明自己的元类，默认他的元类就是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 # StanfordTeacher=Mymeta('StanfordTeacher',(object),{...}) 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)
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，于是我们可以
class Mymeta(type): # 只有继承了type类的类才是元类 # 空对象,"People",(object,),{...} #类名，基类，类的名称空间 def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic): # print('run....') # print(self.__name__) # print(class_name) # print(class_bases,self.__bases__) # print(class_dic) super(Mymeta, self).__init__(class_name,class_bases,class_dic) # if not class_name.istitle(): # raise NameError('类名的首字母必须大写,其余小写！！！') if "__doc__" not in class_dic or len(class_dic["__doc__"].strip("\n")) == 0: raise TypeError('类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空') # StanfordTeacher=Mymeta("StanfordTeacher",(object,),{...}) # 调用Mymeta发生三件事，调用Mymeta就是type.__call__ # 1、先造一个空对象=>StanfordTeacher,调用Mymeta类内的__new__方法 # 2、调用Mymeta这个类内的__init__方法，完成初始化对象的操作 # 3、返回初始化好的对象 class StanfordTeacher(object,metaclass=Mymeta): #metaclass=Mymeta 设置元类 """ 注释 """ def __init__(self,name,age): self.name=name self.age=age def say(self): print('%s:%s' %(self.name,self.age)) p1=StanfordTeacher("egon",18) p1.say() #egon:18
自定义元类控制类StanfordTeacher的调用
储备知识：__call__
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)
由上例得知，调用一个对象，就是触发对象所在类中的__call__方法的执行，如果把StanfordTeacher也当做一个对象，那么在StanfordTeacher这个对象的类中也必然存在一个__call__方法
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StanfordTeacher类中的__call__方法 # 然后将StanfordTeacher传给self,溢出的位置参数传给*，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
更进一步：
class Mymeta(type): # 只有继承了type类的类才是元类 def __call__(self, *args, **kwargs): # 1、Mymeta.__call__函数内会先调用People内的__new__ people_obj=self.__new__(self) # 2、Mymeta.__call__函数内会调用People内的__init__ self.__init__(people_obj,*args, **kwargs) # print('people对象的属性：',people_obj.__dict__) people_obj.__dict__['xxxxx']=11111 # 3、Mymeta.__call__函数内会返回一个初始化好的对象 return people_obj # 类的产生 # People=Mymeta()=》type.__call__=>干了3件事 # 1、type.__call__函数内会先调用Mymeta内的__new__ # 2、type.__call__函数内会调用Mymeta内的__init__ # 3、type.__call__函数内会返回一个初始化好的对象 class People(metaclass=Mymeta): def __init__(self,name,age): self.name=name self.age=age def say(self): print('%s:%s' %(self.name,self.name)) def __new__(cls, *args, **kwargs): # 产生真正的对象 return object.__new__(cls) # 类的调用 # obj=People('egon',18) =》Mymeta.__call__=》干了3件事 # 1、Mymeta.__call__函数内会先调用People内的__new__ # 2、Mymeta.__call__函数内会调用People内的__init__ # 3、Mymeta.__call__函数内会返回一个初始化好的对象 obj1=People('egon',18) obj2=People('egon',18) # print(obj) print(obj1.__dict__) print(obj2.__dict__) ''' 执行结果 {'name': 'egon', 'age': 18, 'xxxxx': 11111} {'name': 'egon', 'age': 18, 'xxxxx': 11111} '''
上例中涉及到查找属性的问题，比如self.__new__，请看下一小节
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
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，然后重新运行程序，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，一层是对象层（基于c3算法的MRO）的查找，另外一个层则是类层（即元类层）的查找
#查找顺序： #1、先对象层：StanfordTeacher->Foo->Bar->object #2、然后元类层：Mymeta->type
依据上述总结，我们来分析下元类Mymeta中__call__里的self.__new__的查找
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__
我们在元类的__call__中也可以用object.__new__(self)去造对象
class Mymeta(type): n=444 def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.StanfordTeacher'> # obj=self.__new__(self) # StanfordTeacher.__new__ obj=object.__new__(self) self.__init__(obj,*args,**kwargs) return obj class Bar(object): # n=333 # def __new__(cls, *args, **kwargs): # print('Bar.__new__') pass class Foo(Bar): # n=222 # def __new__(cls, *args, **kwargs): # print('Foo.__new__') pass class StanfordTeacher(Foo,metaclass=Mymeta): n=111 def __init__(self,name,age): self.name=name self.age=age obj=StanfordTeacher('lili',18) print(obj.__dict__) #{'name': 'lili', 'age': 18} # print(obj.n) # print(StanfordTeacher.n)
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
