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作者：再見紫羅蘭 來源：http://www.cnblogs.com/linxiyue/p/8030604.html
在 Python中，實例對象是由類生成的，而類本身也是可以被傳遞和自省的對象。那么類對象是用什么創(chuàng)建和生成的呢？答案是元類，元類就是一種知道如何創(chuàng)建和管理類的對象。 讓我們回顧一個內(nèi)置函數(shù)type()，type不僅可以返回對象的類型，而且可以使用類名稱、基類元組、類主體定義的字典作為參數(shù)來創(chuàng)建一個新類對象： >>> Foo = type('Foo',(object,),{'foo':lambda self:'foo'})
>>> Foo
>>> type(Foo)
實際上，新型類的默認元類就是type，類可以用metaclass類變量顯示的指定元類，上述代碼功能與下述相同： class Foo():
__metaclass__ = type
def foo(self):
return 'foo'
如果沒有顯式的指定元類，class語句會檢查基類元組中的第一個基類的元類，比如新型類都是繼承object類的，所以新型類與object類的元類相同，為type，繼承object而不顯式的指定元類： class Foo(object):
def foo(self):
return 'foo'
如果沒有指定基類，class語句會檢查全局變量metaclass，如果沒有找到metaclass值，Python會使用默認的元類。 在python 2中，默認的元類是types.ClassType，就是所謂的舊樣式類。python2.2以后已不提倡使用，比如不指定元類并且不繼承object基類： class Foo():
def foo(self):
return 'foo'
>>> import types
>>> isinstance(Foo, types.ClassType)
True
python 3以后，默認的元類皆為type了，顯式定義元類的時候需要在基類元組中提供metaclass關(guān)鍵字，class Foo(metaclass=type)如此定義。 使用元類的時候，一般會自定義一個繼承自type的子類，并重新實現(xiàn)init()與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
可見，使用class語句定義類后，元類就使用傳遞給元類的類名稱、基類元組和類方法字典創(chuàng)建類。 因為元類創(chuàng)建的實例是類對象，所以init方法的第一個參數(shù)按慣例寫為cls，其實與self功能相同。 面向切面編程在運行時，動態(tài)地將代碼切入到類的指定方法、指定位置上的編程稱為面向切面的編程(AOP)。 簡單地說，如果不同的類要實現(xiàn)相同的功能，可以將其中相同的代碼提取到一個切片中，等到需要時再切入到對象中去。這些相同的代碼片段稱為切面，而切入到哪些類、哪些方法則叫切入點。 比如，要為每個類方法記錄日志，在python中一個可行的方法是使用裝飾器： def trace(func):
def callfunc(self, *args, **kwargs):
debug_log = open('debug_log.txt', 'a')
debug_log.write('Calling %s: %s ,%sn'%(func.__name__, args, kwargs))
result = func(self, *args, **kwargs)
debug_log.write('%s returned %sn'%(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
另外一個可行的方法就是使用元類了： def trace(func):
def callfunc(self, *args, **kwargs):
debug_log = open('debug_log.txt', 'a')
debug_log.write('Calling %s: %s ,%sn'%(func.__name__, args, kwargs))
result = func(self, *args, **kwargs)
debug_log.write('%s returned %sn'%(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
元類的一個主要用途就是檢查收集或者更改類定義的內(nèi)容，包括類屬性、類方法、描述符等等。 元類與基類元類中除了可以定義init和new方法外，還可以定義其它的屬性和方法： class ExaMeta(type):
name = 'ExaMeta'
def get_cls_name(cls):
print cls.__name__
class Foo(object):
__metaclass__ = ExaMeta
那么，類可不可以訪問元類定義的方法和屬性呢？ >>> Foo.get_cls_name()
Foo
>>> Foo.name
'ExaMeta'
這很好理解，類Foo是元類的一個實例，在實例的dict中查找不到要查詢的屬性時，就會到實例所屬的類字典中去查找，而元類正是定義類Foo的類。 可以再嘗試下使用類Foo的實例去訪問元類的屬性或者方法： >>> Foo().get_cls_name()
AttributeError: 'Foo' object has no attribute 'get_cls_name'
>>> Foo().name
AttributeError: 'Foo' object has no attribute 'name'
顯然不能訪問。 查找一個不與實例關(guān)聯(lián)的屬性時，即先在實例的類中查找，然后再在從所有的基類中查找，查找的順序可以用mro屬性查看： 元類并不在其中，畢竟，類與元類不是繼承關(guān)系，而是實例與類的創(chuàng)造關(guān)系。 元類屬性的可用性是不會傳遞的，也就是說，元類的屬性是對它的類實例是可用的，但是對它的類實例的實例是不可用的，這正是元類與基類的主要不同。 有時候，一個類會同時有元類和基類： class M(type):
name = 'M'
class B(object):
name = 'B'
class A(B):
__metaclass__ = M
屬性訪問是這樣的： >>> A.name
'B'
>>> A().name
'B'
可見類會先到繼承的基類中去查找屬性。 元類沖突假如有兩個不同元類的類，要生成一個繼承這兩個類的子類，會產(chǎn)生什么情況呢？ class MA(type):
pass
class A(object):
__metaclass__ = MA
class MB(type):
pass
class B(object):
__metaclass__ = MB
class C(A, B):
pass
結(jié)果會報錯，提示元類沖突： 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
我們需要手動構(gòu)造新子類的元類，讓新子類的元類繼承自A和B的元類： class MC(MA, MB):
pass
class C(A, B):
__metaclass__ = MC
題圖：pexels，CC0 授權(quán)。
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