面向对象进阶之元类

一知识储备

exec：三个参数

参数一：字符串形式的命令

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()

exec的使用

二引子（类也是对象）

class Foo:
    pass

f1=Foo() #f1是通过Foo类实例化的对象

python中一切皆是对象，类本身也是一个对象，当使用关键字class的时候，python解释器在加载class的时候就会创建一个对象(这里的对象指的是类而非类的实例)，因而我们可以将类当作一个对象去使用，同样满足第一类对象的概念，可以：

把类赋值给一个变量
把类作为函数参数进行传递
把类作为函数的返回值
在运行时动态地创建类

上例可以看出f1是由Foo这个类产生的对象，而Foo本身也是对象，那它又是由哪个类产生的呢？

1 #type函数可以查看类型，也可以用来查看对象的类，二者是一样的
2 print(type(f1)) # 输出：<class '__main__.Foo'>     表示，obj 对象由Foo类创建
3 print(type(Foo)) # 输出：<type 'type'>

三什么是元类？

元类是类的类，是类的模板

元类是用来控制如何创建类的，正如类是创建对象的模板一样，而元类的主要目的是为了控制类的创建行为

元类的实例化的结果为我们用class定义的类，正如类的实例为对象(f1对象是Foo类的一个实例，Foo类是 type 类的一个实例)

type是python的一个内建元类，用来直接控制生成类，python中任何class定义的类其实都是type类实例化的对象

四创建类的两种方式

方式一：使用class关键字

class Chinese(object):
    country='China'
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def talk(self):
        print('%s is talking' %self.name)

方式二：就是手动模拟class创建类的过程）：将创建类的步骤拆分开，手动去创建

#准备工作：

#创建类主要分为三部分

　　1 类名

　　2 类的父类

　　3 类体


#类名
class_name='Chinese'
#类的父类
class_bases=(object,)
#类体
class_body="""
country='China'
def __init__(self,name,age):
    self.name=name
    self.age=age
def talk(self):
    print('%s is talking' %self.name)
"""

步骤一（先处理类体->名称空间）：类体定义的名字都会存放于类的名称空间中（一个局部的名称空间），我们可以事先定义一个空字典，然后用exec去执行类体的代码（exec产生名称空间的过程与真正的class过程类似，只是后者会将__开头的属性变形），生成类的局部名称空间，即填充字典

class_dic={}
exec(class_body,globals(),class_dic)


print(class_dic)
#{'country': 'China', 'talk': <function talk at 0x101a560c8>, '__init__': <function __init__ at 0x101a56668>}

步骤二：调用元类type（也可以自定义）来产生类Chinense

Foo=type(class_name,class_bases,class_dic) #实例化type得到对象Foo，即我们用class定义的类Foo


print(Foo)
print(type(Foo))
print(isinstance(Foo,type))
'''
<class '__main__.Chinese'>
<class 'type'>
True
'''

我们看到，type 接收三个参数：

第 1 个参数是字符串 ‘Foo’，表示类名
第 2 个参数是元组 (object, )，表示所有的父类
第 3 个参数是字典，这里是一个空字典，表示没有定义属性和方法

补充：若Foo类有继承，即class Foo(Bar):.... 则等同于type('Foo',(Bar,),{})

五自定义元类控制类的行为

#一个类没有声明自己的元类，默认他的元类就是type，除了使用元类type，用户也可以通过继承type来自定义元类（顺便我们也可以瞅一瞅元类如何控制类的行为，工作流程是什么）

Egon 5步带你学会元类

六再看属性查找

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，现在如果将下述继承说成是：对象Foo继承对象B，对象B继承对象A，对象A继承对象object

class A(object):
    n=333

class B(A):
    n=222

class Foo(B):
    n=333

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）的查找

class Mymeta(type):
    n=444
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        obj = self.__new__(self)  # self=Foo
        # obj = object.__new__(self)  # self=Foo
        self.__init__(obj, *args, **kwargs)
        return obj

class A(object):
    n=333
    # pass

class B(A):
    n=222
    # pass
class Foo(B,metaclass=Mymeta):  # Foo=Mymeta(...)
    n=111
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y


print(Foo.n) 
#查找顺序：
#1、先对象层：Foo->B->A->object
#2、然后元类层：Mymeta->type

我们在元类的__call__中也可以用object.__new__(self)去造对象，先从object自己的名称空间找，由于它没有继承任何其他对象，所有直接找到它的类，object的类也是type，于是也找到type中的__new__，与此时的self.__new__（self）其实查找的最终目标是一样的

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Foo->Mymeta->type,我么可以在Foo或Mymeta中定制__new__,而object.__new__则是直接跨过了Foo和Mymeta

七练习题

练习一：在元类中控制把自定义类的数据属性都变成大写

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练习二：在元类中控制自定义的类无需__init__方法

　　1.元类帮其完成创建对象，以及初始化操作；

　　2.要求实例化时传参必须为关键字形式，否则抛出异常TypeError: must use keyword argument

　　3.key作为用户自定义类产生对象的属性，且所有属性变成大写

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练习三：在元类中控制自定义的类产生的对象相关的属性全部为隐藏属性

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