元类与面向切面编程
2018-06-17 23:53:10来源：未知 阅读 ()
元类
在 Python中，实例对象是由类生成的，而类本身也是可以被传递和自省的对象。那么类对象是用什么创建和生成的呢？答案是元类，元类就是一种知道如何创建和管理类的对象。
让我们回顾一个内置函数type()，type不仅可以返回对象的类型，而且可以使用类名称、基类元组、类主体定义的字典作为参数来创建一个新类对象：
>>> Foo = type('Foo',(object,),{'foo':lambda self:'foo'})
>>> Foo
<class '__main__.Foo'>
>>> type(Foo)
<type 'type'>
实际上，新型类的默认元类就是type，类可以用__metaclass__类变量显示的指定元类，上述代码功能与下述相同：
class Foo():
__metaclass__ = type
def foo(self):
return 'foo'
如果没有显式的指定元类，class语句会检查基类元组中的第一个基类的元类，比如新型类都是继承object类的，所以新型类与object类的元类相同，为type，继承object而不显式的指定元类：
class Foo(object):
def foo(self):
return 'foo'
如果没有指定基类，class语句会检查全局变量__metaclass__，如果没有找到__metaclass__值，Python会使用默认的元类。
在python 2中，默认的元类是types.ClassType，就是所谓的旧样式类。python2.2以后已不提倡使用，比如不指定元类并且不继承object基类：
class Foo():
def foo(self):
return 'foo'
>>> import types >>> isinstance(Foo, types.ClassType) True
python 3以后，默认的元类皆为type了，显式定义元类的时候需要在基类元组中提供metaclass关键字，class Foo(metaclass=type)如此定义。
使用元类的时候，一般会自定义一个继承自type的子类，并重新实现__init__()与__new__()方法：
class ExampleType(type):
def __new__(cls, name, bases, dct):
print 'create class %s'%name
return type.__new__(cls, name, bases, dct)
def __init__(cls, name, bases, dct):
print 'Init class %s'%name
type.__init__(cls, name, bases, dct)
class Foo(object):
__metaclass__ = ExampleType
>>>
create class Foo
Init class Foo
>>> Foo
<class '__main__.Foo'>
可见，使用class语句定义类后，元类就使用传递给元类的类名称、基类元组和类方法字典创建类。
因为元类创建的实例是类对象，所以__init__方法的第一个参数按惯例写为cls，其实与self功能相同。
面向切面编程
在运行时，动态地将代码切入到类的指定方法、指定位置上的编程称为面向切面的编程(AOP)。
简单地说，如果不同的类要实现相同的功能，可以将其中相同的代码提取到一个切片中，等到需要时再切入到对象中去。这些相同的代码片段称为切面，而切入到哪些类、哪些方法则叫切入点。
比如，要为每个类方法记录日志，在python中一个可行的方法是使用装饰器：
def trace(func):
def callfunc(self, *args, **kwargs):
debug_log = open('debug_log.txt', 'a')
debug_log.write('Calling %s: %s ,%s\n'%(func.__name__, args, kwargs))
result = func(self, *args, **kwargs)
debug_log.write('%s returned %s\n'%(func.__name__, result))
debug_log.close()
return result
return callfunc
def logcls(cls):
for k, v in cls.__dict__.items():
if k.startswith('__'):
continue
if not callable(v):
continue
setattr(cls, k, trace(v))
return cls
@logcls
class Foo(object):
num = 0
def spam(self):
Foo.num += 1
return Foo.num
另外一个可行的方法就是使用元类了：
def trace(func):
def callfunc(self, *args, **kwargs):
debug_log = open('debug_log.txt', 'a')
debug_log.write('Calling %s: %s ,%s\n'%(func.__name__, args, kwargs))
result = func(self, *args, **kwargs)
debug_log.write('%s returned %s\n'%(func.__name__, result))
debug_log.close()
return result
return callfunc
class LogMeta(type):
def __new__(cls, name, bases, dct):
for k, v in dct.items():
if k.startswith('__'):
continue
if not callable(v):
continue
dct[k] = trace(v)
return type.__new__(cls, name, bases, dct)
class Foo(object):
__metaclass__ = LogMeta
num = 0
def spam(self):
Foo.num += 1
return Foo.num
元类的一个主要用途就是检查收集或者更改类定义的内容，包括类属性、类方法、描述符等等。
元类与基类
元类中除了可以定义__init__和__new__方法外，还可以定义其它的属性和方法：
class ExaMeta(type):
name = 'ExaMeta'
def get_cls_name(cls):
print cls.__name__
class Foo(object):
__metaclass__ = ExaMeta
那么，类可不可以访问元类定义的方法和属性呢？
>>> Foo.get_cls_name() Foo >>> Foo.name 'ExaMeta'
这很好理解，类Foo是元类的一个实例，在实例的__dict__中查找不到要查询的属性时，就会到实例所属的类字典中去查找，而元类正是定义类Foo的类。
可以再尝试下使用类Foo的实例去访问元类的属性或者方法：
>>> Foo().get_cls_name() AttributeError: 'Foo' object has no attribute 'get_cls_name' >>> Foo().name AttributeError: 'Foo' object has no attribute 'name'
显然不能访问。
查找一个不与实例关联的属性时，即先在实例的类中查找，然后再在从所有的基类中查找，查找的顺序可以用__mro__属性查看：
>>> Foo.__mro__ (<class '__main__.Foo'>, <type 'object'>)
元类并不在其中，毕竟，类与元类不是继承关系，而是实例与类的创造关系。
元类属性的可用性是不会传递的，也就是说，元类的属性是对它的类实例是可用的，但是对它的类实例的实例是不可用的，这正是元类与基类的主要不同。
有时候，一个类会同时有元类和基类：
class M(type):
name = 'M'
class B(object):
name = 'B'
class A(B):
__metaclass__ = M
属性访问是这样的：
>>> A.name 'B' >>> A().name 'B'
可见类会先到继承的基类中去查找属性。
元类冲突
假如有两个不同元类的类，要生成一个继承这两个类的子类，会产生什么情况呢？
class MA(type):
pass
class A(object):
__metaclass__ = MA
class MB(type):
pass
class B(object):
__metaclass__ = MB
class C(A, B):
pass
结果会报错，提示元类冲突：
TypeError: Error when calling the metaclass bases
metaclass conflict: the metaclass of a derived class must be a (non-strict) subclass of the metaclasses of all its bases
我们需要手动构造新子类的元类，让新子类的元类继承自A和B的元类：
class MC(MA, MB):
pass
class C(A, B):
__metaclass__ = MC
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