Python中的元类(metaclass)

在看一些框架源代码的过程中碰到很多元类的实例,看起来很吃力很晦涩;在看python cookbook中关于元类创建单例模式的那一节有些疑惑。因此花了几天时间研究下元类这个概念。通过学习元类,我对python的面向对象有了更加深入的了解。这里将一篇写的非常好的文章基本照搬过来吧,这是一篇在Stack overflow上很热的帖子,我看 http://blog.jobbole.com/21351/ 这篇博客对其进行了翻译。

理解类也是对象

在理解元类之前,需要先掌握 Python 中的类。Python 中类的概念借鉴于 Smalltalk,这显得有些奇特。在大多数编程语言中,类就是一组用来描述如何生成一个对象的代码段。

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class ObjectCreator(object):
pass

my_object = ObjectCreator()
print(my_object)
# 输出:<__main__.ObjectCreator object at 0x106cbc588>

但是,Python 中的类还远不止如此。类同样也是一种对象。只要使用关键词 class,Python 解释器在执行的时候就会创建一个对象。下面的代码端:

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class ObjectCreator(object):
pass

将在内存中创建一个对象,名字就是 ObjectCreator。这个对象(类)自身拥有创建对象(类实例)的能力,而这就是为什么它是一个类的原因。但是,它的本质仍然是一个对象,于是你可以对它做如下的操作:
你可以将它赋值给一个变量,你可以拷贝它,你可以为它增加属性,你可以将它作为函数参数进行传递。
下面是示例:

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print ObjectCreator     
# 你可以打印一个类,因为它其实也是一个对象
#输出:<class '__main__.ObjectCreator'>

def echo(o):
print o

echo(ObjectCreator) # 你可以将类做为参数传给函数
#输出:<class '__main__.ObjectCreator'>
print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')
#输出:False

ObjectCreator.new_attribute = 'foo' # 你可以为类增加属性
print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')
#输出:True
print ObjectCreator.new_attribute
#输出:foo

ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # 你可以将类赋值给一个变量
print ObjectCreatorMirror()
#输出:<__main__.ObjectCreator object at 0x108551310>

动态地创建类

通过 return class 动态的构建需要的类

因为类也是对象,你可以在运行时动态的创建它们,就像其他任何对象一样。首先,你可以在函数中创建类,使用 class 关键字即可。

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def choose_class(name):
if name == 'foo':
class Foo(object):
pass
return Foo # 返回的是类,不是类的实例
else:
class Bar(object):
pass
return Bar
MyClass = choose_class('foo')

print(MyClass) # 函数返回的是类,不是类的实例
#输出:<class '__main__.Foo'>

print(MyClass()) # 你可以通过这个类创建类实例,也就是对象
#输出:<__main__.Foo object at 0x1085ed950

通过 type 函数构造类

但这还不够动态,因为你仍然需要自己编写整个类的代码。由于类也是对象,所以它们必须是通过什么东西来生成的才对。当你使用 class 关键字时,Python 解释器自动创建这个对象。但就和 Python 中的大多数事情一样,Python 仍然提供给你手动处理的方法。还记得内建函数 type 吗?这个古老但强大的函数能够让你知道一个对象的类型是什么,就像这样:

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print type(1)
#输出:<type 'int'>
print type("1")
#输出:<type 'str'>
print type(ObjectCreator)
#输出:<type 'type'>
print type(ObjectCreator())
#输出:<class '__main__.ObjectCreator'>

这里,type 有一种完全不同的能力,它也能动态的创建类。type 可以接受一个类的描述作为参数,然后返回一个类。(我知道,根据传入参数的不同,同一个函数拥有两种完全不同的用法是一件很傻的事情,但这在 Python 中是为了保持向后兼容性)

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