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Python3 面向对象之-----元类

时间:2020-06-26 18:24:33      阅读:93      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:sans   而不是   __init__   本质   执行   family   开头   参数   class关键字   

  

元类

1. 类也是对象

在大多数编程语言中,类就是一组用来描述如何生成一个对象的代码段。在Python中这一点仍然成立:

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

 

但是,Python中的类还远不止如此。类同样也是一种对象。是的,没错,就是对象。只要你使用关键字class,Python解释器在执行的时候就会创建一个对象。

下面的代码段:

>>> class ObjectCreator(object):
…       pass

将在内存中创建一个对象,名字就是ObjectCreator。这个对象(类对象ObjectCreator)拥有创建对象(实例对象)的能力。但是,它的本质仍然是一个对象,于是乎你可以对它做如下的操作:

  1. 你可以将它赋值给一个变量
  2. 你可以拷贝它
  3. 你可以为它增加属性
  4. 你可以将它作为函数参数进行传递

下面是示例:

>>> print ObjectCreator     # 你可以打印一个类,因为它其实也是一个对象
<class __main__.ObjectCreator>
>>> def echo(o):
…       print o
…
>>> echo(ObjectCreator)                 # 你可以将类做为参数传给函数
<class __main__.ObjectCreator>
>>> print hasattr(ObjectCreator, new_attribute)
Fasle
>>> ObjectCreator.new_attribute = foo #  你可以为类增加属性
>>> print hasattr(ObjectCreator, new_attribute)
True
>>> print ObjectCreator.new_attribute
foo
>>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # 你可以将类赋值给一个变量
>>> print ObjectCreatorMirror()
<__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c>

 

2. 动态地创建类

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

>>> def choose_class(name):
…       if name == foo:
…           class Foo(object):
…               passreturn Foo     # 返回的是类,不是类的实例else:
…           class Bar(object):
…               passreturn Bar
…
>>> MyClass = choose_class(foo)
>>> print MyClass              # 函数返回的是类,不是类的实例
<class __main__.Foo>
>>> print MyClass()            # 你可以通过这个类创建类实例,也就是对象
<__main__.Foo object at 0x89c6d4c>

 

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,就像这样:

>>> print type(1) #数值的类型
<type int>
>>> print type("1") #字符串的类型
<type str>
>>> print type(ObjectCreator()) #实例对象的类型
<class __main__.ObjectCreator>
>>> print type(ObjectCreator) #类的类型
<type type>

 

仔细观察上面的运行结果,发现使用type对ObjectCreator查看类型是,答案为type, 是不是有些惊讶。。。看下面

3. 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可以像这样工作:

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))

比如下面的代码:

In [2]: class Test: #定义了一个Test类
   ...:     pass
   ...:
In [3]: Test() #创建了一个Test类的实例对象
Out[3]: <__main__.Test at 0x10d3f8438>

 

可以手动像这样创建:

Test2 = type("Test2",(),{}) #定了一个Test2类
In [5]: Test2() #创建了一个Test2类的实例对象
Out[5]: <__main__.Test2 at 0x10d406b38>

 

我们使用"Test2"作为类名,并且也可以把它当做一个变量来作为类的引用。类和变量是不同的,这里没有任何理由把事情弄的复杂。即type函数中第1个实参,也可以叫做其他的名字,这个名字表示类的名字

In [23]: MyDogClass = type(MyDog, (), {})

In [24]: print MyDogClass
<class __main__.MyDog>

 

使用help来测试这2个类

In [10]: help(Test) #用help查看Test类

Help on class Test in module __main__:

class Test(builtins.object)
 |  Data descriptors defined here:
 |
 |  __dict__
 |      dictionary for instance variables (if defined)
 |
 |  __weakref__
 |      list of weak references to the object (if defined)
In [8]: help(Test2) #用help查看Test2类

Help on class Test2 in module __main__:

class Test2(builtins.object)
 |  Data descriptors defined here:
 |
 |  __dict__
 |      dictionary for instance variables (if defined)
 |
 |  __weakref__
 |      list of weak references to the object (if defined)

 

4. 使用type创建带有属性的类

type 接受一个字典来为类定义属性,因此

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

 

可以翻译为:

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

 

并且可以将Foo当成一个普通的类一样使用:

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

 

当然,你可以向这个类继承,所以,如下的代码:

>>> class FooChild(Foo):
…       pass

 

就可以写成:

>>> FooChild = type(FooChild, (Foo,),{})
>>> print FooChild
<class __main__.FooChild>
>>> print FooChild.bar   # bar属性是由Foo继承而来
True

注意:

  • 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

5. 使用type创建带有方法的类

最终你会希望为你的类增加方法。只需要定义一个有着恰当签名的函数并将其作为属性赋值就可以了。

添加实例方法
In [46]: def echo_bar(self): #定义了一个普通的函数
    ...:     print(self.bar)
    ...:

In [47]: FooChild = type(FooChild, (Foo,), {echo_bar: echo_bar}) #让FooChild类中的echo_bar属性,指向了上面定义的函数

In [48]: hasattr(Foo, echo_bar) #判断Foo类中,是否有echo_bar这个属性
Out[48]: False

In [49]:

In [49]: hasattr(FooChild, echo_bar) #判断FooChild类中,是否有echo_bar这个属性
Out[49]: True

In [50]: my_foo = FooChild()

In [51]: my_foo.echo_bar()
True

 

添加静态方法
In [36]: @staticmethod
    ...: def testStatic():
    ...:     print("static method ....")
    ...:

In [37]: Foochild = type(Foochild, (Foo,), {"echo_bar":echo_bar, "testStatic":  testStatic})

In [38]: fooclid = Foochild()

In [39]: fooclid.testStatic
Out[39]: <function __main__.testStatic>

In [40]: fooclid.testStatic()
static method ....

In [41]: fooclid.echo_bar()
True

 

添加类方法
In [42]: @classmethod
    ...: def testClass(cls):
    ...:     print(cls.bar)
    ...:

In [43]: Foochild = type(Foochild, (Foo,), {"echo_bar":echo_bar, "testStatic": testStatic, "testClass":testClass})

In [44]: fooclid = Foochild()

In [45]: fooclid.testClass()
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。

6. 到底什么是元类(终于到主题了)

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”
MyObject = MyClass() #使用“类”来创建出实例对象

你已经看到了type可以让你像这样做:

MyClass = type(‘MyClass‘, (), {})

这是因为函数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。

>>> age = 35
>>> age.__class__
<type int>
>>> name = bob
>>> name.__class__
<type str>
>>> def foo(): pass
>>>foo.__class__
<type function>
>>> class Bar(object): pass
>>> b = Bar()
>>> b.__class__
<class __main__.Bar>

 

现在,对于任何一个__class__的__class__属性又是什么呢?

>>> a.__class__.__class__
<type type>
>>> age.__class__.__class__
<type type>
>>> foo.__class__.__class__
<type type>
>>> b.__class__.__class__
<type type>

因此,元类就是创建类这种对象的东西。type就是Python的内建元类,当然了,你也可以创建自己的元类。

7. __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

Python做了如下的操作:

  1. 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)
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。

8. 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。通常,你会为API做这样的事情,你希望可以创建符合当前上下文的类。

假想一个很傻的例子,你决定在你的模块里所有的类的属性都应该是大写形式。有好几种方法可以办到,但其中一种就是通过在模块级别设定__metaclass__。采用这种方法,这个模块中的所有类都会通过这个元类来创建,我们只需要告诉元类把所有的属性都改成大写形式就万事大吉了。

幸运的是,__metaclass__实际上可以被任意调用,它并不需要是一个正式的类。所以,我们这里就先以一个简单的函数作为例子开始。

python2中
技术图片
#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):

    #遍历属性字典,把不是__开头的属性名字变为大写
    newAttr = {}
    for name,value in future_class_attr.items():
        if not name.startswith("__"):
            newAttr[name.upper()] = value

    #调用type来创建一个类
    return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)

class Foo(object):
    __metaclass__ = upper_attr #设置Foo类的元类为upper_attr
    bar = bip

print(hasattr(Foo, bar))
print(hasattr(Foo, BAR))

f = Foo()
print(f.BAR)
py2中代码示例
python3中
#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):

    #遍历属性字典,把不是__开头的属性名字变为大写
    newAttr = {}
    for name,value in future_class_attr.items():
        if not name.startswith("__"):
            newAttr[name.upper()] = value

    #调用type来创建一个类
    return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)

class Foo(object, metaclass=upper_attr):
    bar = bip

print(hasattr(Foo, bar)) #False
print(hasattr(Foo, BAR)) #True

f = Foo()
print(f.BAR) #True

 

现在让我们再做一次,这一次用一个真正的class来当做元类。

#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, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
        #遍历属性字典,把不是__开头的属性名字变为大写
        newAttr = {}
        for name,value in future_class_attr.items():
            if not name.startswith("__"):
                newAttr[name.upper()] = value

        # 方法1:通过‘type‘来做类对象的创建
        # return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)

        # 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, future_class_name, future_class_parents, newAttr)

        # 方法3:使用super方法
        return super(UpperAttrMetaClass, cls).__new__(cls, future_class_name, future_class_parents, newAttr)

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

# python3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‘
就是这样,除此之外关于元类真的没有别的可说的了。但就元类本身而言,它们其实是很简单的:
  1. 拦截类的创建
  2. 修改类
  3. 返回修改之后的类
究竟为什么要使用元类?

现在回到我们的大主题上来,究竟是为什么你会去使用这样一种容易出错且晦涩的特性?好吧,一般来说,你根本就用不上它:

“元类就是深度的魔法,99%的用户应该根本不必为此操心。如果你想搞清楚究竟是否需要用到元类,那么你就不需要它。那些实际用到元类的人都非常清楚地知道他们需要做什么,而且根本不需要解释为什么要用元类。” —— Python界的领袖 Tim Peters

Python3 面向对象之-----元类

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原文地址:https://www.cnblogs.com/zhangmingda/p/13195617.html

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