本文共 8271 字，大约阅读时间需要 27 分钟。

一、引言

• 元类属于python面向对象编程的深层魔法，99%的人都不得要领，一些自以为搞明白元类的人其实也只是自圆其说、点到为止，从对元类的控制上来看就破绽百出、逻辑混乱，今天我就来带大家来深度了解python元类的来龙去脉。
• 笔者深入浅出的背后是对技术一日复一日的执念，希望可以大家可以尊重原创，为大家能因此文而解开对元类所有的疑惑而感到开心！！！

二、什么是元类

• 在python中一切皆对象，那么我们用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，即元类可以简称为类的类

class Foo:  # Foo=元类()    pass

三、为什么用元类

• 元类是负责产生类的，所以我们学习元类或者自定义元类的目的：是为了控制类的产生过程，还可以控制对象的产生过程

四、内置函数exec(储备)

cmd = """x=1print('exec函数运行了')def func(self):    pass"""class_dic = {}# 执行cmd中的代码，然后把产生的名字丢入class_dic字典中exec(cmd, {}, class_dic)

exec函数运行了

print(class_dic)

{'x': 1, 'func': 
   
    }
   

五、class创建类

• 如果说类也是对象，那么用class关键字的去创建类的过程也是一个实例化的过程，该实例化的目的是为了得到一个类，调用的是元类
• 用class关键字创建一个类，用的默认的元类type，因此以前说不要用type作为类别判断

class People:  # People=type(...)    country = 'China'    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age    def eat(self):        print('%s is eating' % self.name)

print(type(People))

5.1 type实现

• 创建类的3个要素：类名，基类，类的名称空间
• People = type(类名，基类，类的名称空间)

class_name = 'People'  # 类名class_bases = (object, )  # 基类# 类的名称空间class_dic = {}class_body = """country='China'def __init__(self,name,age):    self.name=name    self.age=agedef eat(self):    print('%s is eating' %self.name)"""exec(    class_body,    {},    class_dic,)

print(class_name)

People

print(class_bases)

(
   
    ,)
   

print(class_dic)  # 类的名称空间

{'country': 'China', '__init__': 
   
    , 'eat': 
    
     }
    
   

• People = type(类名，基类，类的名称空间)

People1 = type(class_name, class_bases, class_dic)print(People1)

obj1 = People1(1, 2)obj1.eat()

1 is eating

• class创建的类的调用

print(People)

obj = People1(1, 2)obj.eat()

1 is eating

六、自定义元类控制类的创建

• 使用自定义的元类

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, class_name, class_bases, class_dic):        print('self:', self)  # 现在是People        print('class_name:', class_name)        print('class_bases:', class_bases)        print('class_dic:', class_dic)        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,                                     class_dic)  # 重用父类type的功能

• 分析用class自定义类的运行原理（而非元类的的运行原理）：

  1. 拿到一个字符串格式的类名class_name='People'
  2. 拿到一个类的基类们class_bases=(obejct,)
  3. 执行类体代码，拿到一个类的名称空间class_dic={...}
  4. 调用People=type(class_name,class_bases,class_dic)

class People(object, metaclass=Mymeta):  # People=Mymeta(类名,基类们,类的名称空间)    country = 'China'    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age    def eat(self):        print('%s is eating' % self.name)

self: 
   
    class_name: Peopleclass_bases: (
    
     ,)class_dic: {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'People', 'country': 'China', '__init__': 
     
      , 'eat': 
      
       }
      
     
    
   

6.1 应用

• 自定义元类控制类的产生过程，类的产生过程其实就是元类的调用过程
• 我们可以控制类必须有文档，可以使用如下的方式实现

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, class_name, class_bases, class_dic):        if class_dic.get('__doc__') is None or len(                class_dic.get('__doc__').strip()) == 0:            raise TypeError('类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空')        if not class_name.istitle():            raise TypeError('类名首字母必须大写')        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,                                     class_dic)  # 重用父类的功能

try:    class People(object, metaclass=Mymeta                 ):  #People  = Mymeta('People',(object,),{....})        #     """这是People类"""        country = 'China'        def __init__(self, name, age):            self.name = name            self.age = age        def eat(self):            print('%s is eating' % self.name)except Exception as e:    print(e)

类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空

七、__call__(储备)

• 要想让obj这个对象变成一个可调用的对象，需要在该对象的类中定义一个方法、、__call__方法，该方法会在调用对象时自动触发

class Foo:    def __call__(self, *args, **kwargs):        print(args)        print(kwargs)        print('__call__实现了，实例化对象可以加括号调用了')obj = Foo()obj('nick', age=18)

('nick',){'age': 18}__call__实现了，实例化对象可以加括号调用了

八、__new__(储备)

我们之前说类实例化第一个调用的是__init__，但__init__其实不是实例化一个类的时候第一个被调用 的方法。当使用 Persion(name, age) 这样的表达式来实例化一个类时，最先被调用的方法 其实是 __new__ 方法。

__new__方法接受的参数虽然也是和__init__一样，但__init__是在类实例创建之后调用，而 __new__方法正是创建这个类实例的方法。

注意：new() 函数只能用于从object继承的新式类。

class A:    passclass B(A):    def __new__(cls):        print("__new__方法被执行")        return cls.__new__(cls)    def __init__(self):        print("__init__方法被执行")b = B()

九、自定义元类控制类的实例化

class Mymeta(type):    def __call__(self, *args, **kwargs):        print(self)  # self是People        print(args)  # args = ('nick',)        print(kwargs)  # kwargs = {'age':18}        # return 123        # 1. 先造出一个People的空对象，申请内存空间        # __new__方法接受的参数虽然也是和__init__一样，但__init__是在类实例创建之后调用，而 __new__方法正是创建这个类实例的方法。        obj = self.__new__(self)  # 虽然和下面同样是People，但是People没有，找到的__new__是父类的        # 2. 为该对空对象初始化独有的属性        self.__init__(obj, *args, **kwargs)        # 3. 返回一个初始化好的对象        return obj

• People = Mymeta()，People()则会触发__call__

class People(object, metaclass=Mymeta):    country = 'China'    def __init__(self, name, age):        self.name = name        self.age = age    def eat(self):        print('%s is eating' % self.name)#     在调用Mymeta的__call__的时候，首先会找自己（如下函数）的，自己的没有才会找父类的#     def __new__(cls, *args, **kwargs):#         # print(cls)  # cls是People#         # cls.__new__(cls) # 错误，无限死循环，自己找自己的，会无限递归#         obj = super(People, cls).__new__(cls)  # 使用父类的，则是去父类中找__new__#         return obj

• 类的调用，即类实例化就是元类的调用过程，可以通过元类Mymeta的__call__方法控制

• 分析：调用Pepole的目的

  1. 先造出一个People的空对象
  2. 为该对空对象初始化独有的属性
  3. 返回一个初始化好的对象

obj = People('nick', age=18)

   
    ('nick',){'age': 18}
   

print(obj.__dict__)

{'name': 'nick', 'age': 18}

一十、自定义元类后类的继承顺序

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，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):  # 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    n = 444    def __call__(self, *args,                 **kwargs):  #self=
   
            obj = self.__new__(self)        self.__init__(obj, *args, **kwargs)        return objclass Bar(object):    n = 333class Foo(Bar):    n = 222class 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)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
   

111

print(OldboyTeacher.n)

111

• 查找顺序：

  1. 先对象层：OldoyTeacher->Foo->Bar->object
  2. 然后元类层：Mymeta->type

依据上述总结，我们来分析下元类Mymeta中__call__里的self.__new__的查找

class Mymeta(type):    n = 444    def __call__(self, *args,                 **kwargs):  #self=
   
            obj = self.__new__(self)        print(self.__new__ is object.__new__)  #Trueclass 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('nick',              18)  # 触发OldboyTeacher的类中的__call__方法的执行，进而执行self.__new__开始查找
   

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__

十一、练习

需求：使用元类修改属性为隐藏属性

class Mymeta(type):    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):        # 加上逻辑，控制类Foo的创建        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases, class_dic)    def __call__(self, *args, **kwargs):        # 加上逻辑，控制Foo的调用过程，即Foo对象的产生过程        obj = self.__new__(self)        self.__init__(obj, *args, **kwargs)        # 修改属性为隐藏属性        obj.__dict__ = {            '_%s__%s' % (self.__name__, k): v            for k, v in obj.__dict__.items()        }        return obj

class Foo(object, metaclass=Mymeta):  # Foo = Mymeta(...)    def __init__(self, name, age, sex):        self.name = name        self.age = age        self.sex = sexobj = Foo('nick', 18, 'male')

print(obj.__dict__)

{'_Foo__name': 'egon', '_Foo__age': 18, '_Foo__sex': 'male'}

转载地址：http://pfgyz.baihongyu.com/