Python 五分钟理解元类（Metaclasses）

╰+攻爆jí腚メ 2022-04-24 08:22 215阅读 0赞

**五分钟理解元类（****Metaclasses****）**

**真的，它并非巫术。**

![wizard.jpg][]

原文地址：[http://www.voidspace.org.uk/python/articles/five-minutes.shtml][http_www.voidspace.org.uk_python_articles_five-minutes.shtml]

日期：16 September, 2008.

译者：赖勇浩（[http://blog.csdn.net/lanphaday][http_blog.csdn.net_lanphaday]）

“元类的魔幻变化比 99% 的用户所担心的更多，当你搞不懂是否真的需要用它的时候，就是不需要。”

—Tim Peters

本文源于在 [PyCon UK 2008][]上的一个快速演讲。

元类被称为 Python 中的“深奥的巫术”。尽管你需要用到它的地方极少（除非你基于 zope 编程），可事实上它的基础理论其实令人惊讶地易懂。

**一切皆对象**

*  一切皆对象
 *   
 *  一切都有类型
 *   
 *   “class”和“type”之间本质上并无不同
 *   
 *  类也是对象
 *   
 *  它们的类型是 type

以前，术语 type 用于内置类型，而术语 class 用于用户定义的类，但自 Pythoon 2.2 以来“class”和“type”本质上并无不同。

对于旧风格（old-style）类的类型是 types.ClassType。

**真的，这是真的**

Python2.5.1(r251:54869,Apr182007,22:08:04)  
>>>**class**Something(object):  
...    **pass**  
...  
>>>Something  
<**class**'\_\_main\_\_.Something'>  
>>>type(Something)  
<type'type'>

从这里可以看出在交互式解释器中创建的类是一个 first class 的对象。

**类的类是……**

它的元类……

就像对象是类的实例一样，类是它的元类的实例。

调用元类可以创建类。

***确切来说，******Python*** ***中的其它对象也是如此。***

**因此当你创建一个类时……**

解释器会调用元类来生成它……

定义一个继承自 object 的普通类意味着调用 type 来创建它：

>>> help(type)

Help on class type in module \_\_builtin\_\_:

class type(object)

| type(object) -> the object's type

| type(name, bases, dict) -> a new type

type 的第二种用法尤为重要。当 Python 解释器在执行一条类定义语句时（如例子中最初的两行代码之后），它会用下面的参数调用 type：

*  字符串形式的类名
 *   
 *  元组形式的基类序列——在我们的例子中是只有一个元素的元组（’one-pl’）[\[1\]][1]，如(object,)。
 *   
 *  包括由名字影射的类成员（类属性、方法等）的字典

**简单模拟**

>>>**def**\_\_init\_\_(self):  
...    self.message='Hello World'  
...  
>>>**def**say\_hello(self):  
...    **print**self.message  
...  
>>>attrs=\{ '\_\_init\_\_':\_\_init\_\_,'say\_hello':say\_hello\}  
>>>bases=(object,)  
>>>Hello=type('Hello',bases,attrs)  
>>>Hello  
<**class**'\_\_main\_\_.Hello'>  
>>>h=Hello()  
>>>h.say\_hello()  
HelloWorld

以上代码创建了类属性的字典，然后调用 type 来创建了名为 Hello 的类。

**\_\_metaclass\_\_** **的魔法**

只要在类定义中把 \_\_metaclass\_\_ 设置为任意有着与 type 相同参数的可调用对象，就能够提供自定义的元类。

通常使用从 type 继承的方法：

**class**PointlessMetaclass(type):  
    **def**\_\_new\_\_(meta,name,bases,attrs):  
        \# do stuff...  
        **return**type.\_\_new\_\_(meta,name,bases,attrs)

重要的是在 \_\_new\_\_ 方法中我们能够读取或改变传入的用以创建新类的参数。从而能够内省属性字典和改动、增加或者删除成员。

尽管当实例化一个类时这两个函数都会被调用，但覆盖 \_\_new\_\_ 比 \_\_init\_\_ 更为重要。\_\_init\_\_ 初始化一个实例，而 \_\_new\_\_ 的职责是创建它。因此如果元类用以自定义类的创建，就需要覆盖 type 的 \_\_new\_\_。

使用新类而非仅仅提供工厂函数的原因在于如果使用工厂函数（那样只是调用 type）的话元类不会被继承。

**[In Action...][]**

>>>**class**WhizzBang(object):  
...    \_\_metaclass\_\_=PointlessMetaclass  
...  
>>>WhizzBang  
<**class**'\_\_main\_\_.WhizzBang'>  
>>>type(WhizzBang)  
<**class**'\_\_main\_\_.PointlessMetaClass'>

WhizzBang 是一个类，但它现在已经不是 type 的实例，而是我们自定义的元类的实例了……

**这有什么用？**

很好的问题，元类将用在创建使用了它的新类时调用，这里是一些关于这样做的好处的观点：

*  装饰（Decorate）类的所有方法，用以日志记录或者性能剖分。
 *   
 *  自动 Mix-in 新方法
 *   
 *  在创建时注册类。（例如自动注册插件或从类成员创建数据库模式。）
 *   
 *  提供接口注册，功能自动发现和接口适配。
 *   
 *  类校验：防止子类化，校验所有的方法是否都有 docstrings。

最重要之处在于元类中是在最后对 type 的调用时才真正创建类，所以可以自由地随你喜欢地改变属性字典（以及名称和元组形式的基类序列）。

一些流行的 Python ORM（Object Relational Mappers（对象关系影射），用以和数据库协同工作）也如此使用元类。

哦，还有因为元类是继承的，所以你能够提供一个使用了你的元类的基类，而继承自它的子类就无需显式声明它了。

**但是……**

我曾未需要使用它来编写代码……（我们用它来剖分，也在 [Ironclad][]项目广泛应用它，但我不编写这些）。

还有，这一切只适用于 Python 2.x，其中的机制在 Python 3 中已经改变了。

type(type) is type

在 Python 2.6 中现在也可用使用  [class decorators][]来实现许多以前可能需要用元类来实现的东西。

最后，还有一个极尽奇技淫巧的例子（稍为深入，但仍然不难消化），可以去看看 [The Selfless Metaclass][]。它通过字节码和方法签名重写来避免显式地声明 self ![smile.gif][]。

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>&nbsp; <p><span><a href="http://www.voidspace.org.uk/python/articles/five-minutes.shtml#id2%23id2" rel="nofollow">[1]</a></span></p><p></p>&nbsp; </td> 
   <td>&nbsp; <p><span>&nbsp;'one-pl'</span>是指只有一个元素的元组。<span></span></p><p></p>&nbsp; </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[wizard.jpg]: http://www.voidspace.org.uk/python/images/wizard.jpg
[http_www.voidspace.org.uk_python_articles_five-minutes.shtml]: http://www.voidspace.org.uk/python/articles/five-minutes.shtml
[http_blog.csdn.net_lanphaday]: http://blog.csdn.net/lanphaday
[PyCon UK 2008]: http://pyconuk.org/
[1]: http://www.voidspace.org.uk/python/articles/five-minutes.shtml#id3%23id3
[In Action...]: http://www.voidspace.org.uk/python/articles/five-minutes.shtml#id10%23id10
[Ironclad]: http://code.google.com/p/ironclad
[class decorators]: http://jackdied.blogspot.com/2008/09/pycon-uk-class-decorators-radically.html
[The Selfless Metaclass]: http://www.voidspace.org.uk/python/articles/metaclasses.shtml
[smile.gif]: http://www.voidspace.org.uk/smilies/smile.gif