Python黑魔法：元类
术语“元编程”指的是程序具有编写或操纵其自身作为它们资料的潜力。Python支持称为元类的类的元编程。
元类是一个深奥的面向对象编程（OOP）概念，隐藏在几乎所有的Python代码之后。无论你是否意识到它的存在，你都一直在使用它们。大多数情况下，你并不需要了解它。而且大多数Python程序员也很少用到，但是某些情况下你就不得不考虑使用元类。
当你有需要时，Python提供了一种不是所有面向对象语言都支持的功能：你可以深入了解其内部并自定义元类。使用定制元类经常会存在争议，正如Python大咖，创作了Python之禅的蒂姆·彼得斯所言：
“元类比99％的用户所忧虑的东西具有更深的魔法。如果你犹豫考虑是否需要它们，那么实质上你不会需要它们（实际需要它们的人确信他们确实需要，并且不需要进行任何解释）。“ —— 蒂姆·彼得斯
众多Pythonistas（即Python发烧友所熟知的Python大咖）认为你永远不应该使用自定义元类。这样说可能会有点极端，但大部分情况下自定义元类并不是必需的。如果一个问题不是很明显是否需要它们，那么如果以一种更简单的方式解决问题，代码可能会更干净，更具有可读性。
尽管如此，理解Python元类还是很有必要，因为它可以更好地理解Python类的内部实现。你永远不知道：你可能有一天会发现自己处于这样一种情况，即你确切明白自定义元类就是你想要的。
旧式类VS新式类
在Python范畴，一个类可以是两种类型之一。官方术语并没有对此进行确认，所以它们被非正式地称为旧式类和新式类。
旧式类
对于旧式类，类（class）和类型（type）并不完全相同。一个旧式类的实例总是继承自一个名为instance的内置类型。如果obj是旧式类的实例，那么obj.class就表示该类，但type(obj)始终是instance类型。以下示例来自Python 2.7：
新式类
新式类统一了类（class）和类型（type）的概念。如果obj是新式类的实例，type(obj)则与obj.class相同：
类型（Type）和类（Class）
在Python 3中，所有类都是新式类。因此，Python 3可以交换一个引用对象的类型和类。
注意：在Python 2中，默认所有类都是旧式类。在Python 2.2之前，根本不支持新式类。从Python 2.2开始，可以创建新式类，但必须明确声明它为新式类。
请记住，在Python中，一切都是对象。类也是对象。所以一个类（class）必须有一个类型（type）。那么类的类型是什么呢？
考虑下面的代码：
X的类型，正如你所想的，是类Foo，但Foo的类型，即类本身是type。一般来说，任何新式类的类型都是type。
您熟悉的内置类的类型也是type：
就此而言，type的类型也是type（是的，确实如此）：
type是一个元类，任何类都是它的实例。就像一个普通的对象是一个类的实例一样，Python中的任何新式类以及Python 3中的任何类都是type元类的一个实例。
综上所述：
- x是类Foo的一个实例。
- Foo是type元类的一个实例。
- type也是type元类的一个实例，所以它是它自己的一个实例。
动态定义类
内置type()函数在传递了一个参数时将返回一个对象的类型。对于新式类，通常与对象的class属性相同：
你也可以传递三个参数type(
指定类名称，将成为该类的name属性。 指定继承类的基类元组，将成为该类的bases属性。 指定包含类主体定义的名称空间字典，将成为该类的dict属性。
以这种方式调用type()将创建一个type元类的新实例。换句话说，它动态地创建了一个新的类。
在下面每个示例中，前面的代码片段使用type()动态地定义了一个类，后面的代码片断使用常用的class语句定义了类。在每种情况下，这两个代码片段在功能上是一样的。
示例1
在第一个示例中，传递给type()的参数
示例2
这里，
示例3
这一次，
示例4
上面仅用Python中的lambda定义一个非常简单的函数。在下面的例子中，外部先定义了一个稍微复杂的函数f，然后在命名空间字典中通过函数名f分配给attr_val：
自定义元类
重新思考一下先前的这个例子：
表达式Foo()创建一个新的类Foo的实例。当解释器遇到Foo()，将按一下顺序进行解析：
- 调用Foo父类的call()方法。由于Foo是标准的新式类，它的父类是type元类，所以type的call()方法被调用。
- call()方法按以下顺序进行调用：
-
- new()
- init()
如果Foo没有定义new()和init()，那么将调用Foo父类的默认方法。但是如果Foo定义这些方法，就会覆盖来自父类的方法，这就允许在实例化Foo时可以自定义行为。
在下面的代码中，定义了一个自定义方法new()，并将它赋值给Foo的new()方法：
这会修改类Foo的实例化行为：每次Foo创建实例时，默认情况下都会将名为attr的属性进行初始化，将该属性设置为100。（类似于这样的代码通常会出现在init()方法中，不会出现在new()方法里，这个例子仅为演示目的而设计。）
现在，正如前面重申的那样，类也是对象。假设你想类似地在创建类Foo时自定义实例化行为。如果你要遵循上面的模式，则需要再次定义一个自定义方法，并将其指定为类Foo的实例的new()方法。Foo是type元类的一个实例，所以代码如下所示：
阿偶，你可以看到，不能重新指定元类type的new()方法。Python不允许这样做。
可以这么讲，type是派生所有新式类的元类。无论如何，你真的不应该去修改它。但是，如果你想自定义一个类的实例化，那么有什么办法呢？
一种可能的解决方案是自定义元类。本质上，不是去试图修改type元类，而是定义自己派生于type的元类，然后对其进行修改。
第一步是定义派生自type的元类，如下：
头部定义class Meta(type):指定了Meta派生自type。既然type是元类，那Meta也是一个元类。
请注意，重新自定义了Meta的new()方法。因为不可能直接对type元类进行此类操作。new()方法执行以下操作：
- 经由super()指代的（type）元类的new()方法实际创建一个新的类
- 将自定义属性attr分配给类，并设置值为100
- 返回新创建的类
现在实现代码的另一半：定义一个新类Foo，并指定其元类为自定义元类Meta，而不是标准元类type。可以通过在类定义中使用关键字metaclass完成，如下所示：
瞧！Foo已经自动拥用了从Meta元类的属性attr。当然，你定义的任何其他类也会如此：
就像一个类作为创建对象的模板一样，一个元类可以作为创建类的模板。元类有时被称为类工厂。
比较以下两个示例：
对象工厂：
类工厂：
真的是必要的吗？
就像上面的类工厂的例子一样简单，它是metaclasses如何工作的本质。它们允许定制类的实例化。
尽管如此，仅仅为了赋予每个新创建的类的自定义属性attr，确实有点小题大做。你真的需要一个metaclass来实现吗？
在Python中，至少有其他一些方法可以实现同样的效果：
简单的继承：
类装饰器：
结论
正如蒂姆·彼得斯建议的，元类可以很容易地作为一种“寻找解决问题的方案”，通常不需要创建自定义元类。如果手头上的问题能够以更简单的方式解决，那或许就应该采用。尽管如此，了解元类有助于理解Python的类，并能够识别元类是否是工作中真正适合使用的工具。