Python 類與元類的深度挖掘 II【經驗】

更新時間：2016年05月06日 11:54:32 作者：rainyear

元類在 Python 中屬于比較深層的黑魔法，在一般的日常應用中可能并不常用，但理解其背后的原理對于理解 Python 面向對象編程以及一切皆為對象的理念很有幫助；如果你需要對類進行深度改造，至少要知道從何入手。

　　上一篇解決了通過調用類對象生成實例對象過程中可能遇到的命名空間相關的一些問題，這次我們向上回溯一層，看看類對象本身是如何產生的。

　　我們知道 type() 方法可以查看一個對象的類型，或者說判斷這個對象是由那個類產生的：

　　print(type(12))

　　print(type('python'))

　　class A:

　　pass

　　print(type(A))

　　通過這段代碼可以看出，類對象 A 是由type() 產生的，也就是說 type 也可以用來產生新的對象，而且產生的是類對象，因此它是所有類對象的類：

　　print(type.__doc__)

　　type(object_or_name, bases, dict)

　　type(object) -> the object's type

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

　　class 定義類的語法實際上轉化為 type(name, bases, dict)，其中 name 參數為類的名字，bases 為繼承父類的元組，dict 為類的屬性和方法：

class A:
  pass
# 實際上等于
B = type('A', (), {})

print(A.__name__ == B.__name__)
True

　　理論上說這就是元類的意義，但從實際的角度出發(fā)顯然使用 class 語法更方便、合理，而元類的實際意義則是通過繼承 type 類來構造一個新的元類，并進行特定的操作以產生具有特定行為的類對象。這樣看來它的本質與普通的類對象沒有差異，只不過繼承的是 type 類。

　　在生成實例時是通過調用 __init__ 方法進行初始化的，而實際上在此之前會先調用 __new__ 方法用于創(chuàng)建實例，再通過 __init__ 初始化，就好像 __new__ 負責聲明變量，而 __init__ 負責對聲明的變量進行初始化一樣。這里有一個規(guī)則是 __new__(cls,) 的返回值必須是 cls 參數的實例，否則 __init__ 將不會觸發(fā)，例如在 enum.Enum 的定義中，由于枚舉類型是單例模式，因此在定義 __new__ 的時候沒有返回其實例，也就不會進行初始化：

class Enum:

　　def __new__(cls, value):

　　print(cls, value)

　　return value

　　def __init__(self):

　　print("Will not be called!")

　　e = Enum(1)

　　 <class '__main__.Enum'> 1

　　通常情況下自己定義 __new__ 需要通過調用父類的 __new__ 方法創(chuàng)建一個 cls 的實例，同樣在定義元類的時候則是調用上面提到的 type 的用法(因為元類繼承自 type)：

class MetaEnum(type):

　　def __new__(metaclass, name, base, attrs):

　　print("Metaclass: {}\nName: {}\nParents: {}\nAttributes: {}".format(metaclass, name, base, attrs))

　　return super().__new__(metaclass, name, base, attrs)

　　class Enum(metaclass=MetaEnum):

　　# Python 2.7 中定義元類的方法是使用 __metaclass__ 變量

　　# [PEP 3115](https://www.python.org/dev/peps/pep-3115/)

　　# 將 Python 3.0 以后語法改為 class Cls(metaclass=Meta)

　　test = 0

　　Metaclass: 

　　Name: Enum

　　Parents: ()

　　Attributes: {'__qualname__': 'Enum', '__module__': '__main__', 'test': 0}

　　此時我們再來看 Enum 的類，已經不再是 type 而是其元類 MetaEnum：

　　type(Enum)

　　__main__.MetaEnum

　　除了 __new__ 方法之外，PEP 3115 還定義了 __prepare__ 屬性，用于設定初始化的命名空間(即 type 的第 3 個參數)，還是以 enum.Enum 為例，我們需要限制枚舉類型中屬性名稱不得重復使用，則可以通過元類限制類的行為：

　　# 定義新的字典類，在賦值新的 dict[k] = v 時

　　# 檢查 k 是否重復

　class _EnumDict(dict):

　　def __init__(self):

　　super().__init__()

　　self.members = []

　　def __setitem__(self, k, v):

　　if k in self.members:

　　raise TypeError("Attempted to reuse key: '{}'".format(k))

　　else:

　　self.members.append(k)

　　super().__setitem__(k, v)

　　class MetaEnum(type):

　　@classmethod

　　def __prepare__(metaclass, cls, bases):

　　return _EnumDict()

　　def __new__(metaclass, name, base, attrs):

　　return super().__new__(metaclass, name, base, attrs)

　　class Enum(metaclass=MetaEnum):

　　pass

　　class Color(Enum):

　　try:

　　red = 1

　　red = 2

　　except TypeError:# 這里沒有使用 as err: 的原因是?

　　print("TypeError catched")

　　TypeError catched

　　Python 中一切皆為對象，所有的對象都是某一類的實例，或是某一元類的實例，type 是自己的元類也是自己的實例

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