深入理解python中的元类，并自定义元类

始终铭记在Python中 一切皆为对象

那么什么是元类？

在Python中一切皆对象，类也是一个对象，实例对象由类创建出来的，类是由元类创建出来的。简而言之，用来创建类的类就叫元类（metaclass）。 函数type其实就是一个元类，type就是Python在背后用来创建所有类的元类。

类是对象

类是一组用来描述如何生成一个对象的代码段。

In [1]: class ObjectCreator:
   ...:     pass
   ...: 

In [2]: my_object = ObjectCreator()

In [3]: print(my_object)
<__main__.ObjectCreator object at 0x7facd44bdef0>

但在python中，类同样也是一种对象，使用关键字class，Python解释器在执行时就会创建一个对象。

In [5]: # 可以打印一个类,因为它其实也是一个对象

In [6]: print(ObjectCreator)
<class '__main__.ObjectCreator'>

In [7]: # 可以将类作为参数传递给函数

In [8]: def echo(o):
   ...:     print(o)
   ...:     

In [9]: echo(ObjectCreator)
<class '__main__.ObjectCreator'>

In [10]: print(hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute'))
False

In [11]: # 可以为类增加属性

In [12]: ObjectCreator.new_attribute = 'foo'

In [13]: print(hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute'))
True

In [14]: print(ObjectCreator.new_attribute)
foo

In [15]: # 可以将类赋值给一个变量

In [16]: ObjectCreatorMirror = ObjectCreator

In [17]: print(ObjectCreatorMirror())
<__main__.ObjectCreator object at 0x7facd447dd68>

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

In [18]: 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
    ...:     

In [19]: MyClass = choose_class('foo')

In [20]: print(MyClass()) # 可以通过这个类创建类实例，也就是对象
<__main__.choose_class.<locals>.Foo object at 0x7facd4492f60>

In [21]: print(MyClass) # 函数返回的是类，不是类的实例
<class '__main__.choose_class..Foo'>

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

In [22]: print(type(ObjectCreator()))  # 实例对象的类型
<class '__main__.ObjectCreator'>

In [23]: print(type(ObjectCreator))  # 类的类型
<class 'type'>

使用type创建类

type还有一种完全不同的功能，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。（要知道，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）

type(类名, 由父类名称组成的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性的字典（名称和值）)

In [24]: class Test:  # 定义了一个Test类
    ...:     pass
    ...: 

In [25]: Test()  # 创建了一个Test类的实例对象
Out[25]: <__main__.Test at 0x7facd449a8d0>

In [26]: # 使用type手动创建

In [27]: Test2 = type("Test2", (), {})  # 定义了一个Test2类

In [28]: Test2()  # 创建了一个Test2类的实例对象
Out[28]: <__main__.Test2 at 0x7facd44c8940>

使用type创建带有属性的类

In [30]: # type接收一个字典来为类定义属性

In [31]: Foo = type('Foo', (), {'bar': True})

In [32]: # 即

In [33]: class Foo:
    ...:     bar = True
    ...:     

In [34]: # 并且可以将Foo当成一个普通的类使用

In [35]: print(Foo)
<class '__main__.Foo'>

In [36]: print(Foo.bar)
True

In [37]: f = Foo()

In [38]: print(f)
<__main__.Foo object at 0x7facd44c8630>

In [39]: f.bar
Out[39]: True

In [40]: # 可以继承这个类

In [41]: class FooChild(Foo):
    ...:     pass
    ...: 

In [42]: # 可以使用type实现

In [43]: FooChild = type('FooChile', (Foo,), {})

In [44]: FooChild
Out[44]: __main__.FooChile

In [45]: print(FooChild)
<class '__main__.FooChile'>

In [46]: print(FooChild.bar) # bar属性由Foo继承
True

type的第2个参数，元组中是父类的名字，而不是字符串
添加的属性是类属性，并不是实例属性

使用type创建带有方法的类

In [47]: # 添加实例方法

In [48]: def echo_bar(self): # 定义一个普通函数
    ...:     print(self.bar)
    ...:     

In [49]: FooChild = type('FooChild', (Foo,), {'echo_bar': echo_bar}
    ...: ) # 让FooChild类中的echo_bar属性，指向上面定义的函数

In [50]: hasattr(Foo, 'echo_bar') # 判断Foo类中　是否有echo_bar这个属性
Out[50]: False

In [51]: hasattr(FooChild, 'echo_bar') # 判断FooChild类中　是否有echo_bar这个属性
Out[51]: True

In [52]: my_foo = FooChild()

In [53]: my_foo.echo_bar()
True

In [54]: 

In [54]: # 添加静态方法

In [55]: @staticmethod
    ...: def test_static():
    ...:     print("static method")
    ...:     

In [56]: # 使用type定义

In [57]: Foochild = type('Foochild', (Foo,), {'echo_bar': echo_bar, 'test_static': test_s
    ...: tatic})

In [58]: fooclid = Foochild()

In [59]: fooclid.test_static
Out[59]: <function __main__.test_static>

In [62]: fooclid.test_static()
static method

In [63]: fooclid.echo_bar()
True

In [64]: 

In [64]: # 添加类方法

In [65]: @classmethod
    ...: def test_class(cls):
    ...:     print(cls.bar)
    ...:     

In [67]: Foochild = type('Foochild', (Foo,), {'echo_bar': echo_bar, 'test_static': test_s
    ...: tatic, 'test_class': test_class})

In [68]: fooclid = Foochild()

In [73]: fooclid.test_class()
True

你可以看到，在Python中，类也是对象，你可以动态的创建类。这就是当你使用关键字class时Python在幕后做的事情，而这就是通过元类来实现的

较为完整的使用type创建类的方式:

class A(object):
    num = 100

def print_b(self):
    print(self.num)

@staticmethoddef print_static():
    print("----haha-----")

@classmethoddef print_class(cls):
    print(cls.num)

B = type("B", (A,), {"print_b": print_b, "print_static": print_static, "print_class": print_class})
b = B()
b.print_b()
b.print_static()
b.print_class()
# 结果# 100# ----haha-----# 100

元类就是用来创建类的“东西”。你创建类就是为了创建类的实例对象，不是吗？但是我们已经学习到了Python中的类也是对象。元类就是用来创建这些类（对象）的，元类就是类的类，你可以这样理解为：

MyClass = MetaClass() # 使用元类创建出一个对象，这个对象称为“类”
my_object = MyClass() # 使用“类”来创建出实例对象

函数type实际上是一个元类。type就是Python在背后用来创建所有类的元类。现在你想知道那为什么type会全部采用小写形式而不是Type呢？好吧，我猜这是为了和str保持一致性，str是用来创建字符串对象的类，而int是用来创建整数对象的类。type就是创建类对象的类。你可以通过检查__class__属性来看到这一点。Python中所有的东西，注意，我是指所有的东西——都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象，而且它们都是从一个类创建而来，这个类就是type。

__metaclass__属性

#你可以在定义一个类的时候为其添加__metaclass__属性。
class Foo(object):
    __metaclass__ = something…
    ...省略...

如果你这么做了，Python就会用元类来创建类Foo。小心点，这里面有些技巧。你首先写下class Foo(object)，但是类Foo还没有在内存中创建。Python会在类的定义中寻找__metaclass__属性，如果找到了，Python就会用它来创建类Foo，如果没有找到，就会用内建的type来创建这个类。把下面这段话反复读几次。当你写如下代码时 :

class Foo(Bar):
    pass

Foo中有__metaclass__这个属性吗？如果是，Python会通过__metaclass__创建一个名字为Foo的类(对象)

如果Python没有找到__metaclass__，它会继续在Bar（父类）中寻找__metaclass__属性，并尝试做和前面同样的操作。

如果Python在任何父类中都找不到__metaclass__，它就会在模块层次中去寻找__metaclass__，并尝试做同样的操作。

如果还是找不到__metaclass__,Python就会用内置的type来创建这个类对象。

现在的问题就是，你可以在__metaclass__中放置些什么代码呢？答案就是：可以创建一个类的东西。那么什么可以用来创建一个类呢？type，或者任何使用到type或者子类化type的东东都可以。

自定义元类

元类的主要目的就是为了当创建类时能够自动地改变类。

Python3

#coding=utf-8

class UpperAttrMetaClass(type):
    # __new__ 是在__init__之前被调用的特殊方法
    # __new__是用来创建对象并返回之的方法
    # 而__init__只是用来将传入的参数初始化给对象
    # 你很少用到__new__，除非你希望能够控制对象的创建
    # 这里，创建的对象是类，我们希望能够自定义它，所以我们这里改写__new__
    # 如果你希望的话，你也可以在__init__中做些事情
    # 还有一些高级的用法会涉及到改写__call__特殊方法，但是我们这里不用
    def __new__(cls, class_name, class_parents, class_attr):
        # 遍历属性字典，把不是__开头的属性名字变为大写
        new_attr = {}
        for name, value in class_attr.items():
            if not name.startswith("__"):
                new_attr[name.upper()] = value

        # 方法1：通过'type'来做类对象的创建
        return type(class_name, class_parents, new_attr)

        # 方法2：复用type.__new__方法
        # 这就是基本的OOP编程，没什么魔法
        # return type.__new__(cls, class_name, class_parents, new_attr)

# python3的用法class Foo(object, metaclass=UpperAttrMetaClass):
    bar = 'bip'

# python2的用法# class Foo(object):#     __metaclass__ = UpperAttrMetaClass#     bar = 'bip'


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

f = Foo()
print(f.BAR)
# 输出:'bip'

1.拦截类的创建
2.修改类
3.返回修改之后的类

exit(☕)