Python中的metaclass

之前一直被Python中的元类困扰，花了点时间去了解metaclass，并记录下我对于元类的理解，这里使用的是Python3。

编写类 -> 生成对象

我们使用Python进行面向对象编程时，往往都会先编写类，然后使用编写的类创建对象。

例如创建出Student类，然后根据Student类创建对象：

class Student:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def introduce(self):
        print('我的名字是：{}，我今年{}岁'.format(self.name, self.age))


stu1 = Student('Jerry', 21)
stu1.introduce()

我们通常会认为类的init()方法为我们创建出对象，但实际上，init()方法是对已经创建出来的对象初始化，真正创建对象的方法是类的new()方法

如果我们想要在创建对象之前做一些事情的话，就可以自定义new()方法。

例如我们希望在创建student对象之前输出一句话：

class Student:
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print('Before create object')

        return super().__new__(cls)

    def __init__(self, name, age):
        print('Before initial object')
        self.name = name
        self.age = age

    def introduce(self):
        print('我的名字是：{}，我今年{}岁'.format(self.name, self.age))


stu1 = Student('Jerry', 21)
stu1.introduce()

它的输出结果如下：

在这里插入图片描述

可以从结果中看到，我们定义的new()方法确实运行在init()方法之前，同时new()方法最后调用了父类（object）的new()方法创建出该类的对象并返回。

接下来init()方法被执行，其中第一个参数self就代表已经创建出来的那个对象，接下来就是对这个对象进行初始化。

Python中的type

在Python中，type有两个作用，第一个作用就是判断对象的类型，就像下面这样：

print(type(2))  # <class 'int'>
print(type('china'))  # <class 'str'>

在这里，我们使用type来输出刚才定义的Student类：

print(type(stu1))
print(type(Student))

输出结果如下：

在这里插入图片描述

可以看到，Student类的类型竟然是type！没错，在Python中，类也是对象，既然是对象，就是根据某一个类创建出来的。

所以，type的第二个作用就是创建类，创建类的API如下：

"""
name -> 类的名称
bases -> 一个元组，这个类继承的类
attrs -> 一个字典，这个类包含的属性
"""
type(name, bases, attrs)

我们使用type来创建一个Student类：

def __init__(self, name, age):
    self.name = name
    self.age = age


def introduce(self):
        print('我的名字是：{}，我今年{}岁'.format(self.name, self.age))


Student = type('Student', (object, ), {'__init__': __init__, 'introduce': introduce})

# 使用定义出来的类创建对象
stu1 = Student('Molly', 11)
stu1.introduce()

运行这个程序，可以看到下面的结果：

在这里插入图片描述

使用type创建类的方式和我们使用class定义类的方式其实没有什么区别。而使用class定义的类在解释器执行时最终也会调用type来创建该类。

编写元类 -> 生成类

类也是对象，因此在创建类之前我们是不是也能做些什么呢？没错，这正是元类的作用：在创建类之前做一些工作！

一般来说，我们定义的元类需要继承type，因为type是最终创建类（对象）的，所以在它最终创建类之前，我们可以搞点事情。

例如我们想要在创建Student类之前搞点事情，那么就需要编写一个metaclass，在new()方法中完成工作，并在最后调用type来创建类这个对象：

class StudentMetaClass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        print('Before create: {}'.format(name))

        # 可以在这之间搞点事情

        return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

    def __init__(self, name, bases, attrs):
        print('After create class：{}'.format(str(self)))


class Student(metaclass=StudentMetaClass):
    def __init__(self):
        pass

注意：这里使用的是Python3，在Python2中的写法如下：

class Student:
    __metaclass__ = StudentMetaClass

直接运行这个程序，可以看到结果如下：

在这里插入图片描述

从结果中可以知道，Student类在被创建之前，确实经过了StudentMetaClass的new()方法。

总结

可以看到，metaclass并没有想象中的那么难以理解，下一次的文章将会带来metaclass的具体使用：编写一个简单的ORM框架