日日做,一级全黄生活片,91最新

譯注：這是一篇在Stack overflow上很熱的帖子。提問者自稱已經(jīng)掌握了有關(guān)Python OOP編程中的各種概念，但始終覺得元類(metaclass)難以理解。他知道這肯定和自省有關(guān)，但仍然覺得不太明白，希望大家可以給出一些實(shí)際的例子和代碼片段以幫助理解，以及在什么情況下需要進(jìn)行元編程。于是e-satis同學(xué)給出了神一般的回復(fù)，該回復(fù)獲得了985點(diǎn)的贊同點(diǎn)數(shù)，更有人評論說這段回復(fù)應(yīng)該加入到Python的官方文檔中去。而e-satis同學(xué)本人在Stack Overflow中的聲望積分也高達(dá)64271分。以下就是這篇精彩的回復(fù)（提示：非常長）

類也是對象

在理解元類之前，你需要先掌握Python中的類。Python中類的概念借鑒于Smalltalk，這顯得有些奇特。在大多數(shù)編程語言中，類就是一組用來描述如何生成一個(gè)對象的代碼段。在Python中這一點(diǎn)仍然成立：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> class ObjectCreator(object): 
  
           …?????? pass 
  
           … 
  
           >>> my_object = ObjectCreator() 
  
           >>> print my_object 
  
           <__main__.ObjectCreator object at 0x8974f2c>

但是，Python中的類還遠(yuǎn)不止如此。類同樣也是一種對象。是的，沒錯(cuò)，就是對象。只要你使用關(guān)鍵字class，Python解釋器在執(zhí)行的時(shí)候就會創(chuàng)建一個(gè)對象。下面的代碼段：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> class ObjectCreator(object): 
  
           …?????? pass 
  
           …

將在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)對象，名字就是ObjectCreator。這個(gè)對象（類）自身擁有創(chuàng)建對象（類實(shí)例）的能力，而這就是為什么它是一個(gè)類的原因。但是，它的本質(zhì)仍然是一個(gè)對象，于是乎你可以對它做如下的操作：

1.你可以將它賦值給一個(gè)變量
2.你可以拷貝它
3.你可以為它增加屬性
4.你可以將它作為函數(shù)參數(shù)進(jìn)行傳遞

下面是示例：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> print ObjectCreator???? # 你可以打印一個(gè)類，因?yàn)樗鋵?shí)也是一個(gè)對象 
  
             >>> def echo(o): 
  
             …?????? print o 
  
             … 
  
             >>> echo(ObjectCreator)???????????????? # 你可以將類做為參數(shù)傳給函數(shù) 
  
               >>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute') 
  
               Fasle 
  
               >>> ObjectCreator.new_attribute = 'foo' #? 你可以為類增加屬性 
  
               >>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute') 
  
               True 
  
               >>> print ObjectCreator.new_attribute 
  
               foo 
  
               >>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # 你可以將類賦值給一個(gè)變量 
  
               >>> print ObjectCreatorMirror() 
  
               <__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c>

動態(tài)地創(chuàng)建類

因?yàn)轭愐彩菍ο螅憧梢栽谶\(yùn)行時(shí)動態(tài)的創(chuàng)建它們，就像其他任何對象一樣。首先，你可以在函數(shù)中創(chuàng)建類，使用class關(guān)鍵字即可。

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> def choose_class(name): 
  
           …?????? if name == 'foo': 
  
           …?????????? class Foo(object): 
  
           …?????????????? pass 
  
           …?????????? return Foo???? # 返回的是類，不是類的實(shí)例 
  
           …?????? else: 
  
           …?????????? class Bar(object): 
  
           …?????????????? pass 
  
           …?????????? return Bar 
  
           … 
  
           >>> MyClass = choose_class('foo') 
  
           >>> print MyClass????????????? # 函數(shù)返回的是類，不是類的實(shí)例 
  
             >>> print MyClass()??????????? # 你可以通過這個(gè)類創(chuàng)建類實(shí)例，也就是對象 
  
             <__main__.Foo object at 0x89c6d4c>

但這還不夠動態(tài)，因?yàn)槟闳匀恍枰约壕帉懻麄€(gè)類的代碼。由于類也是對象，所以它們必須是通過什么東西來生成的才對。當(dāng)你使用class關(guān)鍵字時(shí)，Python解釋器自動創(chuàng)建這個(gè)對象。但就和Python中的大多數(shù)事情一樣，Python仍然提供給你手動處理的方法。還記得內(nèi)建函數(shù)type嗎？這個(gè)古老但強(qiáng)大的函數(shù)能夠讓你知道一個(gè)對象的類型是什么，就像這樣：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> print type(1) 
  
             >>> print type("1") 
  
               >>> print type(ObjectCreator) 
  
                 >>> print type(ObjectCreator())

這里，type有一種完全不同的能力，它也能動態(tài)的創(chuàng)建類。type可以接受一個(gè)類的描述作為參數(shù)，然后返回一個(gè)類。（我知道，根據(jù)傳入?yún)?shù)的不同，同一個(gè)函數(shù)擁有兩種完全不同的用法是一件很傻的事情，但這在Python中是為了保持向后兼容性）

type可以像這樣工作：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           type(類名, 父類的元組（針對繼承的情況，可以為空），包含屬性的字典（名稱和值）)

比如下面的代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> class MyShinyClass(object): 
  
           …?????? pass

可以手動像這樣創(chuàng)建：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> MyShinyClass = type('MyShinyClass', (), {})? # 返回一個(gè)類對象 
  
           >>> print MyShinyClass 
  
             >>> print MyShinyClass()? #? 創(chuàng)建一個(gè)該類的實(shí)例 
  
             <__main__.MyShinyClass object at 0x8997cec>

會發(fā)現(xiàn)我們使用“MyShinyClass”作為類名，并且也可以把它當(dāng)做一個(gè)變量來作為類的引用。類和變量是不同的，這里沒有任何理由把事情弄的復(fù)雜。

type 接受一個(gè)字典來為類定義屬性，因此

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> class Foo(object): 
  
           …?????? bar = True

可以翻譯為：

復(fù)制代碼代碼如下:

>>> Foo = type('Foo', (), {'bar':True})

并且可以將Foo當(dāng)成一個(gè)普通的類一樣使用：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> print Foo 
  
             >>> print Foo.bar 
  
             True 
  
             >>> f = Foo() 
  
             >>> print f 
  
             <__main__.Foo object at 0x8a9b84c> 
  
             >>> print f.bar 
  
             True

當(dāng)然，你可以向這個(gè)類繼承，所以，如下的代碼：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> class FooChild(Foo): 
  
           …?????? pass

就可以寫成：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> FooChild = type('FooChild', (Foo,),{}) 
  
           >>> print FooChild 
  
             >>> print FooChild.bar?? # bar屬性是由Foo繼承而來 
  
             True

最終你會希望為你的類增加方法。只需要定義一個(gè)有著恰當(dāng)簽名的函數(shù)并將其作為屬性賦值就可以了。

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> def echo_bar(self): 
  
           …?????? print self.bar 
  
           … 
  
           >>> FooChild = type('FooChild', (Foo,), {'echo_bar': echo_bar}) 
  
           >>> hasattr(Foo, 'echo_bar') 
  
           False 
  
           >>> hasattr(FooChild, 'echo_bar') 
  
           True 
  
           >>> my_foo = FooChild() 
  
           >>> my_foo.echo_bar() 
  
           True

你可以看到，在Python中，類也是對象，你可以動態(tài)的創(chuàng)建類。這就是當(dāng)你使用關(guān)鍵字class時(shí)Python在幕后做的事情，而這就是通過元類來實(shí)現(xiàn)的。

到底什么是元類

元類就是用來創(chuàng)建類的“東西”。你創(chuàng)建類就是為了創(chuàng)建類的實(shí)例對象，不是嗎？但是我們已經(jīng)學(xué)習(xí)到了Python中的類也是對象。好吧，元類就是用來創(chuàng)建這些類（對象）的，元類就是類的類，你可以這樣理解為：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           MyClass = MetaClass() 
  
           MyObject = MyClass()

你已經(jīng)看到了type可以讓你像這樣做：

復(fù)制代碼代碼如下:

MyClass = type('MyClass', (), {})

這是因?yàn)楹瘮?shù)type實(shí)際上是一個(gè)元類。type就是Python在背后用來創(chuàng)建所有類的元類。現(xiàn)在你想知道那為什么type會全部采用小寫形式而不是Type呢？好吧，我猜這是為了和str保持一致性，str是用來創(chuàng)建字符串對象的類，而int是用來創(chuàng)建整數(shù)對象的類。type就是創(chuàng)建類對象的類。你可以通過檢查class屬性來看到這一點(diǎn)。Python中所有的東西，注意，我是指所有的東西――都是對象。這包括整數(shù)、字符串、函數(shù)以及類。它們?nèi)慷际菍ο螅宜鼈兌际菑囊粋€(gè)類創(chuàng)建而來。

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> age = 35 
  
           >>> age.__class__ 
  
             >>> name = 'bob' 
  
             >>> name.__class__ 
  
               >>> def foo(): pass 
  
               >>>foo.__class__ 
  
                 >>> class Bar(object): pass 
  
                 >>> b = Bar() 
  
                 >>> b.__class__

現(xiàn)在，對于任何一個(gè)class的class屬性又是什么呢？

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>> a.__class__.__class__ 
  
             >>> age.__class__.__class__ 
  
               >>> foo.__class__.__class__ 
  
                 >>> b.__class__.__class__

因此，元類就是創(chuàng)建類這種對象的東西。如果你喜歡的話，可以把元類稱為“類工廠”（不要和工廠類搞混了:D） type就是Python的內(nèi)建元類，當(dāng)然了，你也可以創(chuàng)建自己的元類。

metaclass屬性

你可以在寫一個(gè)類的時(shí)候?yàn)槠涮砑觤etaclass屬性。

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           class Foo(object): 
  
           ??? __metaclass__ = something… 
  
           […]

如果你這么做了，Python就會用元類來創(chuàng)建類Foo。小心點(diǎn)，這里面有些技巧。你首先寫下class Foo(object)，但是類對象Foo還沒有在內(nèi)存中創(chuàng)建。Python會在類的定義中尋找metaclass屬性，如果找到了，Python就會用它來創(chuàng)建類Foo，如果沒有找到，就會用內(nèi)建的type來創(chuàng)建這個(gè)類。把下面這段話反復(fù)讀幾次。當(dāng)你寫如下代碼時(shí) :

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           class Foo(Bar): 
  
           ??? pass

Python做了如下的操作：

Foo中有metaclass這個(gè)屬性嗎？如果是，Python會在內(nèi)存中通過metaclass創(chuàng)建一個(gè)名字為Foo的類對象（我說的是類對象，請緊跟我的思路）。如果Python沒有找到metaclass，它會繼續(xù)在Bar（父類）中尋找metaclass屬性，并嘗試做和前面同樣的操作。如果Python在任何父類中都找不到metaclass，它就會在模塊層次中去尋找metaclass，并嘗試做同樣的操作。如果還是找不到metaclass,Python就會用內(nèi)置的type來創(chuàng)建這個(gè)類對象。

現(xiàn)在的問題就是，你可以在metaclass中放置些什么代碼呢？答案就是：可以創(chuàng)建一個(gè)類的東西。那么什么可以用來創(chuàng)建一個(gè)類呢？type，或者任何使用到type或者子類化type的東東都可以。

自定義元類
元類的主要目的就是為了當(dāng)創(chuàng)建類時(shí)能夠自動地改變類。通常，你會為API做這樣的事情，你希望可以創(chuàng)建符合當(dāng)前上下文的類。假想一個(gè)很傻的例子，你決定在你的模塊里所有的類的屬性都應(yīng)該是大寫形式。有好幾種方法可以辦到，但其中一種就是通過在模塊級別設(shè)定metaclass。采用這種方法，這個(gè)模塊中的所有類都會通過這個(gè)元類來創(chuàng)建，我們只需要告訴元類把所有的屬性都改成大寫形式就萬事大吉了。

幸運(yùn)的是，metaclass實(shí)際上可以被任意調(diào)用，它并不需要是一個(gè)正式的類（我知道，某些名字里帶有‘class'的東西并不需要是一個(gè)class，畫畫圖理解下，這很有幫助）。所以，我們這里就先以一個(gè)簡單的函數(shù)作為例子開始。

復(fù)制代碼代碼如下:

# 元類會自動將你通常傳給‘type'的參數(shù)作為自己的參數(shù)傳入
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
??? '''返回一個(gè)類對象，將屬性都轉(zhuǎn)為大寫形式'''
??? #? 選擇所有不以'__'開頭的屬性
??? attrs = ((name, value) for name, value in future_class_attr.items() if not name.startswith('__'))

? # 將它們轉(zhuǎn)為大寫形式
??? uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)

??? # 通過'type'來做類對象的創(chuàng)建
??? return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)

__metaclass__ = upper_attr? #? 這會作用到這個(gè)模塊中的所有類

class Foo(object):
??? # 我們也可以只在這里定義__metaclass__，這樣就只會作用于這個(gè)類中
??? bar = 'bip'

print hasattr(Foo, 'bar')
# 輸出: False
print hasattr(Foo, 'BAR')
# 輸出:True

f = Foo()
print f.BAR
# 輸出:'bip'

現(xiàn)在讓我們再做一次，這一次用一個(gè)真正的class來當(dāng)做元類。

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           # 請記住，'type'實(shí)際上是一個(gè)類，就像'str'和'int'一樣 
  
           # 所以，你可以從type繼承 
  
           class UpperAttrMetaClass(type): 
  
           ??? # __new__ 是在__init__之前被調(diào)用的特殊方法 
  
           ??? # __new__是用來創(chuàng)建對象并返回之的方法 
  
           ??? # 而__init__只是用來將傳入的參數(shù)初始化給對象 
  
           ??? # 你很少用到__new__，除非你希望能夠控制對象的創(chuàng)建 
  
           ??? # 這里，創(chuàng)建的對象是類，我們希望能夠自定義它，所以我們這里改寫__new__ 
  
           ??? # 如果你希望的話，你也可以在__init__中做些事情 
  
           ??? # 還有一些高級的用法會涉及到改寫__call__特殊方法，但是我們這里不用 
  
           ??? def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr): 
  
           ??????? attrs = ((name, value) for name, value in future_class_attr.items() if not name.startswith('__')) 
  
           ??????? uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs) 
  
           ??????? return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)

但是，這種方式其實(shí)不是OOP。我們直接調(diào)用了type，而且我們沒有改寫父類的new方法。現(xiàn)在讓我們這樣去處理:

復(fù)制代碼代碼如下:

class UpperAttrMetaclass(type):
??? def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
??????? attrs = ((name, value) for name, value in future_class_attr.items() if not name.startswith('__'))
??????? uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)

??????? # 復(fù)用type.__new__方法
??????? # 這就是基本的OOP編程，沒什么魔法
??????? return type.__new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)

你可能已經(jīng)注意到了有個(gè)額外的參數(shù)upperattr_metaclass，這并沒有什么特別的。類方法的第一個(gè)參數(shù)總是表示當(dāng)前的實(shí)例，就像在普通的類方法中的self參數(shù)一樣。當(dāng)然了，為了清晰起見，這里的名字我起的比較長。但是就像self一樣，所有的參數(shù)都有它們的傳統(tǒng)名稱。因此，在真實(shí)的產(chǎn)品代碼中一個(gè)元類應(yīng)該是像這樣的：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           class UpperAttrMetaclass(type): 
  
           ??? def __new__(cls, name, bases, dct): 
  
           ??????? attrs = ((name, value) for name, value in dct.items() if not name.startswith('__') 
  
           ??????? uppercase_attr? = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs) 
  
           ??????? return type.__new__(cls, name, bases, uppercase_attr)

如果使用super方法的話，我們還可以使它變得更清晰一些，這會緩解繼承（是的，你可以擁有元類，從元類繼承，從type繼承）

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           class UpperAttrMetaclass(type): 
  
           ??? def __new__(cls, name, bases, dct): 
  
           ??????? attrs = ((name, value) for name, value in dct.items() if not name.startswith('__')) 
  
           ??????? uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs) 
  
           ??????? return super(UpperAttrMetaclass, cls).__new__(cls, name, bases, uppercase_attr)

就是這樣，除此之外，關(guān)于元類真的沒有別的可說的了。使用到元類的代碼比較復(fù)雜，這背后的原因倒并不是因?yàn)樵惐旧恚且驗(yàn)槟阃ǔ褂迷惾プ鲆恍┗逎氖虑椋蕾囉谧允。刂评^承等等。確實(shí)，用元類來搞些“黑暗魔法”是特別有用的，因而會搞出些復(fù)雜的東西來。但就元類本身而言，它們其實(shí)是很簡單的：

1.攔截類的創(chuàng)建
2.修改類
3.返回修改之后的類

為什么要用metaclass類而不是函數(shù)?

由于metaclass可以接受任何可調(diào)用的對象，那為何還要使用類呢，因?yàn)楹茱@然使用類會更加復(fù)雜啊？這里有好幾個(gè)原因：

1.意圖會更加清晰。當(dāng)你讀到UpperAttrMetaclass(type)時(shí)，你知道接下來要發(fā)生什么。
2.你可以使用OOP編程。元類可以從元類中繼承而來，改寫父類的方法。元類甚至還可以使用元類。
3.你可以把代碼組織的更好。當(dāng)你使用元類的時(shí)候肯定不會是像我上面舉的這種簡單場景，通常都是針對比較復(fù)雜的問題。將多個(gè)方法歸總到一個(gè)類中會很有幫助，也會使得代碼更容易閱讀。
4.你可以使用new, init以及call這樣的特殊方法。它們能幫你處理不同的任務(wù)。就算通常你可以把所有的東西都在new里處理掉，有些人還是覺得用init更舒服些。
5.哇哦，這東西的名字是metaclass，肯定非善類，我要小心！

究竟為什么要使用元類？

現(xiàn)在回到我們的大主題上來，究竟是為什么你會去使用這樣一種容易出錯(cuò)且晦澀的特性？好吧，一般來說，你根本就用不上它：

元類就是深度的魔法，99%的用戶應(yīng)該根本不必為此操心。如果你想搞清楚究竟是否需要用到元類，那么你就不需要它。那些實(shí)際用到元類的人都非常清楚地知道他們需要做什么，而且根本不需要解釋為什么要用元類。 ―― Python界的領(lǐng)袖 Tim Peters

元類的主要用途是創(chuàng)建API。一個(gè)典型的例子是Django ORM。它允許你像這樣定義：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           class Person(models.Model): 
  
           ??? name = models.CharField(max_length=30) 
  
           ??? age = models.IntegerField()

但是如果你像這樣做的話：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           guy? = Person(name='bob', age='35') 
  
           print guy.age

這并不會返回一個(gè)IntegerField對象，而是會返回一個(gè)int，甚至可以直接從數(shù)據(jù)庫中取出數(shù)據(jù)。這是有可能的，因?yàn)閙odels.Model定義了metaclass，并且使用了一些魔法能夠?qū)⒛銊倓偠x的簡單的Person類轉(zhuǎn)變成對數(shù)據(jù)庫的一個(gè)復(fù)雜hook。Django框架將這些看起來很復(fù)雜的東西通過暴露出一個(gè)簡單的使用元類的API將其化簡，通過這個(gè)API重新創(chuàng)建代碼，在背后完成真正的工作。

結(jié)語

首先，你知道了類其實(shí)是能夠創(chuàng)建出類實(shí)例的對象。好吧，事實(shí)上，類本身也是實(shí)例，當(dāng)然，它們是元類的實(shí)例。

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           >>>class Foo(object): pass 
  
           >>> id(Foo) 
  
           142630324

Python中的一切都是對象，它們要么是類的實(shí)例，要么是元類的實(shí)例，除了type。type實(shí)際上是它自己的元類，在純Python環(huán)境中這可不是你能夠做到的，這是通過在實(shí)現(xiàn)層面耍一些小手段做到的。其次，元類是很復(fù)雜的。對于非常簡單的類，你可能不希望通過使用元類來對類做修改。你可以通過其他兩種技術(shù)來修改類：

復(fù)制代碼代碼如下:

          
           Monkey patching 
  
           class decorators

當(dāng)你需要動態(tài)修改類時(shí)，99%的時(shí)間里你最好使用上面這兩種技術(shù)。當(dāng)然了，其實(shí)在99%的時(shí)間里你根本就不需要動態(tài)修改類。

更多文章、技術(shù)交流、商務(wù)合作、聯(lián)系博主

微信掃碼或搜索：z360901061

微信掃一掃加我為好友

QQ號聯(lián)系： 360901061

您的支持是博主寫作最大的動力，如果您喜歡我的文章，感覺我的文章對您有幫助，請用微信掃描下面二維碼支持博主2元、5元、10元、20元等您想捐的金額吧，狠狠點(diǎn)擊下面給點(diǎn)支持吧，站長非常感激您！手機(jī)微信長按不能支付解決辦法：請將微信支付二維碼保存到相冊，切換到微信，然后點(diǎn)擊微信右上角掃一掃功能，選擇支付二維碼完成支付。

【本文對您有幫助就好】元

2元

5元

10元

20元

自定義