元类metaclass

2019-04-11 10:05:42来源:博客园 阅读 ()

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 一 什么是元类

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 OldboyTeacher(object):
    school='oldboy'

    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age

    def say(self):
        print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' %self.name)
t1=OldboyTeacher('egon',18)
print(type(t1)) #查看对象t1的类是<class '__main__.OldboyTeacher'>

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OldboyTeacher得到的。

如果一切皆为对象,那么类OldboyTeacher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OldboyTeacher必然也是调用了一个类得到的,这个类称为元类

print(type(OldboyTeacher)) # 结果为<class 'type'>,证明是调用了type这个元类而产生的OldboyTeacher,即默认的元类为type

 

二 class关键字创建类的流程分析

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OldboyTeacher=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='OldboyTeacher'

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

#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}
exec模拟实现创建类

三 自定义元类控制类OldboyTeacher的创建和调用

 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

  # def __init__(self,*args,**kwargs ):  # 简写
   #     super(Mymeta, self).__init__(*args,**kwargs)
  # type的__call__会调用Mymeta的__init__和type代码中的__new__创建OldboyTeacher对象(如果__new__没有重写) def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic): # class OldboyTeacher(object, metaclass=Mymeta)时触发 # print(self) #<class '__main__.OldboyTeacher'> # print(class_bases) #(<class 'object'>,) # print(class_dic) #{'__module__': '__main__', '__qualname__': 'OldboyTeacher', 'school': 'oldboy', \ # '__init__': <function OldboyTeacher.__init__ at 0x102b95ae8>, 'say': <function OldboyTeacher.say at 0x10621c6a8>} super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic) # 重用父类的功能 if class_name.islower(): raise TypeError('类名%s请修改为驼峰体' % class_name) 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') def __call__(cls, *args, **kwargs): # cls=<class '__main__.OldboyTeacher'> OldboyTeacher()的时候触发执行 # 1、调用__new__产生一个空对象obj obj = cls.__new__(cls) # 此处的cls是类OldoyTeacher,必须传参,代表创建一个OldboyTeacher的对象obj,
# 2、调用__init__初始化空对象obj cls.__init__(obj, *args, **kwargs) # 3、返回初始化好的对象obj 就是OldboyTeacher()的实例化对象 old_tea return obj class OldboyTeacher(object, metaclass=Mymeta): # OldboyTeacher=Mymeta('OldboyTeacher',(object),{...}) """ 类OldboyTeacher的文档注释 """ school = 'oldboy' def __init__(self, name, age): self.name = name self.age = age def say(self): print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' % self.name) old_tea = OldboyTeacher(‘cp’,19)

简单来说:(type指元类,默认就是type)

- 类的创建  (class 类 )
  type.__init__
- 对象的创建 ( 类() )
  type.__call__
    - 类.__new__
    - 类.__init__

如果一类自己或基类中指定了metaclass,那么该类就是由metaclass指定的type或mytype创建。

 1 class MyType(type):
 2     def __init__(self,*args,**kwargs):
 3         print('111')
 4         super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs)
 5 
 6 
 7 class Base(object, metaclass=MyType):
 8     pass
 9 
10 class Foo(Base):
11     pass
12 
13 # 打印两次111
父类指定metaclass
 1         class MyType(type):
 2         def __init__(self,*args,**kwargs):
 3             print('111')
 4             super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs)
 5 
 6 
 7     # class Base(object, metaclass=MyType):
 8     #     pass
 9 
10     Base = MyType('Base',(object,),{})
11 
12     class Foo(Base):
13         pass
14 
15 # ============================
16 
17         class MyType(type):
18         def __init__(self,*args,**kwargs):
19             print('111')
20             super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs)
21 
22 
23     def with_metaclass(arg):
24         Base = MyType('Base',(arg,),{})
25         return Base
26 
27     class Foo(with_metaclass(object)):
28         pass
两种变形的metaclass指定方法

 

四 自定义元类的类属性查找

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OldboyTeacher继承对象Foo,对象Foo继承对象Bar,对象Bar继承对象object。

class Mymeta(type): 
    n=444

    def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.OldboyTeacher'>
        obj=self.__new__(self)
        self.__init__(obj,*args,**kwargs)
        return obj

class Bar(object):
    n=333

class Foo(Bar):
    n=222

class OldboyTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
    n=111

    school='oldboy'

    def __init__(self,name,age):
        self.name=name

   def say(self):
        print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' %self.name)


print(OldboyTeacher.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OldboyTeacher->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:OldoyTeacher->Foo->Bar->object
#2、然后元类层:Mymeta->type
class Mymeta(type): 
    n=444

    def __call__(self, *args, **kwargs): #self=<class '__main__.OldboyTeacher'>
        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 OldboyTeacher(Foo,metaclass=Mymeta):
    n=111

    school='oldboy'

    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age

    def say(self):
        print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' %self.name)


    # def __new__(cls, *args, **kwargs):
    #     print('OldboyTeacher.__new__')


OldboyTeacher('egon',18) #触发OldboyTeacher的类中的__call__方法的执行,进而执行self.__new__开始查找 
分析下元类Mymeta中__call__里的self.__new__的查找
总结,Mymeta下的__call__里的self.__new__在OldboyTeacher、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

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OldboyTeacher->Foo->Bar,而object.__new__则是直接跨过了他们三个
答案

 

五 案例

元类属于python最深层的语言特性,一般开发中很少用到,下面举一些用到元类的案例。

# 自定义Form表单
class RegisterForm(Form):
    name = simple.StringField(
        label='用户名',
        validators=[
            validators.DataRequired()
        ],
        widget=widgets.TextInput(),
        render_kw={'class': 'form-control'},
        # default='alex'
    )

# Form指定了元类,Form其子类也会继承指定的元类。
class Form(with_metaclass(FormMeta, BaseForm)):
    Meta = DefaultMeta

# FormMeta源码
class FormMeta(type):
    def __init__(cls, name, bases, attrs):
        type.__init__(cls, name, bases, attrs)  # 先重用父类的初始化方法,防止需要用到父类的功能
        cls._unbound_fields = None 
        cls._wtforms_meta = None

# 该源码详析请参见另一篇博文 
wtforms中Form

 

 

 

 

参考:http://www.cnblogs.com/linhaifeng/articles/8029564.html


原文链接:https://www.cnblogs.com/carlous/p/10596890.html
如有疑问请与原作者联系

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