在理解元類之前，需要了解Python的類， Python借用了Smalltalk語言的一些概念。 在Python中，類是對(duì)象，只要你使用關(guān)鍵字 class，Python執(zhí)行它， 并創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。

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1. 類也是對(duì)象

類的本質(zhì)其實(shí)也是一個(gè)對(duì)象(類對(duì)象)

程序中第一次使用該類的時(shí)候被創(chuàng)建，在整個(gè)程序中只有一份。

此后每次使用都是這個(gè)類對(duì)象，它在程序運(yùn)行時(shí)一直存在。

類對(duì)象是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)類的基本信息:類大小,類名稱,類的版本，繼承層次，以及消息與函數(shù)的映射表等

類對(duì)象代表類,Class類型,對(duì)象方法屬于類對(duì)象

如果消息的接收者是類名,則類名代表類對(duì)象

所有類的實(shí)例都由類對(duì)象生成,類對(duì)象會(huì)把實(shí)例的isa的值修改成自己的地址,每個(gè)實(shí)例的isa都指向該實(shí)例的類對(duì)象

在大多數(shù)編程語言中，類就是一組用來描述如何生成一個(gè)對(duì)象的代碼段。在Python中這一點(diǎn)仍然成立：

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

但是，Python中的類還遠(yuǎn)不止如此。類同樣也是一種對(duì)象。是的，沒錯(cuò)，就是對(duì)象。只要你使用關(guān)鍵字class，Python解釋器在執(zhí)行的時(shí)候就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。

下面的代碼段：

>>> class ObjectCreator(object):
…       pass
…

將在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，名字就是ObjectCreator。這個(gè)對(duì)象（類對(duì)象ObjectCreator）擁有創(chuàng)建對(duì)象（實(shí)例對(duì)象）的能力。但是，它的本質(zhì)仍然是一個(gè)對(duì)象，于是乎你可以對(duì)它做如下的操作：

• 你可以將它賦值給一個(gè)變量
• 你可以拷貝它
• 你可以為它增加屬性
• 你可以將它作為函數(shù)參數(shù)進(jìn)行傳遞

下面是示例：

>>> print ObjectCreator     # 你可以打印一個(gè)類，因?yàn)樗鋵?shí)也是一個(gè)對(duì)象
<class '__main__.ObjectCreator'>
>>> def echo(o):
…       print o
…
>>> echo(ObjectCreator)                 # 你可以將類做為參數(shù)傳給函數(shù)
<class '__main__.ObjectCreator'>
>>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')
Fasle
>>> ObjectCreator.new_attribute = 'foo' #  你可以為類增加屬性
>>> print hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')
True
>>> print ObjectCreator.new_attribute
foo
>>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # 你可以將類賦值給一個(gè)變量
>>> print ObjectCreatorMirror()
<__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c>

2. 動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建類

因?yàn)轭愐彩菍?duì)象，你可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建它們，就像其他任何對(duì)象一樣。首先，你可以在函數(shù)中創(chuàng)建類，使用class關(guān)鍵字即可。

>>> def choose_class(name):
…       if name == 'foo':
…           class Foo(object):
…               pass
…           return Foo     # 返回的是類，不是類的實(shí)例
…       else:
…           class Bar(object):
…               pass
…           return Bar
…
>>> MyClass = choose_class('foo')
>>> print MyClass              # 函數(shù)返回的是類，不是類的實(shí)例
<class '__main__'.Foo>
>>> print MyClass()            # 你可以通過這個(gè)類創(chuàng)建類實(shí)例，也就是對(duì)象
<__main__.Foo object at 0x89c6d4c>

但這還不夠動(dòng)態(tài)，因?yàn)槟闳匀恍枰约壕帉懻麄€(gè)類的代碼。由于類也是對(duì)象，所以它們必須是通過什么東西來生成的才對(duì)。當(dāng)你使用class關(guān)鍵字時(shí)，Python解釋器自動(dòng)創(chuàng)建這個(gè)對(duì)象。但就和Python中的大多數(shù)事情一樣，Python仍然提供給你手動(dòng)處理的方法。

還記得內(nèi)建函數(shù)type嗎？這個(gè)古老但強(qiáng)大的函數(shù)能夠讓你知道一個(gè)對(duì)象的類型是什么，就像這樣：

'''
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'''
>>> print type(1) #數(shù)值的類型
<type 'int'>
>>> print type("1") #字符串的類型
<type 'str'>
>>> print type(ObjectCreator()) #實(shí)例對(duì)象的類型
<class '__main__.ObjectCreator'>
>>> print type(ObjectCreator) #類的類型
<type 'type'>

仔細(xì)觀察上面的運(yùn)行結(jié)果，發(fā)現(xiàn)使用type對(duì)ObjectCreator查看類型是，答案為type， 是不是有些驚訝。。?？聪旅?/p>

3. 使用type創(chuàng)建類

type還有一種完全不同的功能，動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建類。

type可以接受一個(gè)類的描述作為參數(shù)，然后返回一個(gè)類。（要知道，根據(jù)傳入?yún)?shù)的不同，同一個(gè)函數(shù)擁有兩種完全不同的用法是一件很傻的事情，但這在Python中是為了保持向后兼容性）

type可以像這樣工作：

type(類名, 由父類名稱組成的元組（針對(duì)繼承的情況，可以為空），包含屬性的字典（名稱和值）)

比如下面的代碼：

In [2]: class Test: #定義了一個(gè)Test類
   ...:     pass
   ...:
In [3]: Test() #創(chuàng)建了一個(gè)Test類的實(shí)例對(duì)象
Out[3]: <__main__.Test at 0x10d3f8438>

可以手動(dòng)像這樣創(chuàng)建：

Test2 = type("Test2",(),{}) #定了一個(gè)Test2類
In [5]: Test2() #創(chuàng)建了一個(gè)Test2類的實(shí)例對(duì)象
Out[5]: <__main__.Test2 at 0x10d406b38>

我們使用"Test2"作為類名，并且也可以把它當(dāng)做一個(gè)變量來作為類的引用。類和變量是不同的，這里沒有任何理由把事情弄的復(fù)雜。即type函數(shù)中第1個(gè)實(shí)參，也可以叫做其他的名字，這個(gè)名字表示類的名字

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

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

使用help來測試這2個(gè)類

In [10]: help(Test) #用help查看Test類

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類

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創(chuàng)建帶有屬性的類

type 接受一個(gè)字典來為類定義屬性，因此

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

可以翻譯為：

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

并且可以將Foo當(dāng)成一個(gè)普通的類一樣使用：

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

當(dāng)然，你可以向這個(gè)類繼承，所以，如下的代碼：

>>> class FooChild(Foo):
…       pass

就可以寫成：

>>> FooChild = type('FooChild', (Foo,),{})
>>> print FooChild
<class '__main__.FooChild'>
>>> print FooChild.bar   # bar屬性是由Foo繼承而來
True

注意：

type的第2個(gè)參數(shù)，元組中是父類的名字，而不是字符串
添加的屬性是類屬性，并不是實(shí)例屬性

5. 使用type創(chuàng)建帶有方法的類

最終你會(huì)希望為你的類增加方法。只需要定義一個(gè)有著恰當(dāng)簽名的函數(shù)并將其作為屬性賦值就可以了。

添加實(shí)例方法

In [46]: def echo_bar(self): #定義了一個(gè)普通的函數(shù)
    ...:     print(self.bar)
    ...:

In [47]: FooChild = type('FooChild', (Foo,), {'echo_bar': echo_bar}) #讓FooChild類中的echo_bar屬性，指向了上面定義的函數(shù)

In [48]: hasattr(Foo, 'echo_bar') #判斷Foo類中，是否有echo_bar這個(gè)屬性
Out[48]: False

In [49]:

In [49]: hasattr(FooChild, 'echo_bar') #判斷FooChild類中，是否有echo_bar這個(gè)屬性
Out[49]: True

In [50]: my_foo = FooChild()

In [51]: my_foo.echo_bar()
True

添加靜態(tài)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

添加類方法

In [42]: @classmethod
    ...: def testClass(cls):
    ...:     print(cls.bar)
    ...:

In [43]:

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

In [44]:

In [44]: fooclid = Foochild()

In [45]: fooclid.testClass()
True

你可以看到，在Python中，類也是對(duì)象，你可以動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建類。這就是當(dāng)你使用關(guān)鍵字class時(shí)Python在幕后做的事情，而這就是通過元類來實(shí)現(xiàn)的。

6. 到底什么是元類（終于到主題了）

元類就是用來創(chuàng)建類的“東西”。你創(chuàng)建類就是為了創(chuàng)建類的實(shí)例對(duì)象，不是嗎？但是我們已經(jīng)學(xué)習(xí)到了Python中的類也是對(duì)象。

元類就是用來創(chuàng)建這些類（對(duì)象）的，元類就是類的類，你可以這樣理解為：

MyClass = MetaClass() #使用元類創(chuàng)建出一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象稱為“類”
MyObject = MyClass() #使用“類”來創(chuàng)建出實(shí)例對(duì)象

你已經(jīng)看到了type可以讓你像這樣做：

MyClass = type('MyClass', (), {})

這是因?yàn)楹瘮?shù)type實(shí)際上是一個(gè)元類。type就是Python在背后用來創(chuàng)建所有類的元類?，F(xiàn)在你想知道那為什么type會(huì)全部采用小寫形式而不是Type呢？

好吧，我猜這是為了和str保持一致性，str是用來創(chuàng)建字符串對(duì)象的類，而int是用來創(chuàng)建整數(shù)對(duì)象的類。type就是創(chuàng)建類對(duì)象的類。你可以通過檢查class屬性來看到這一點(diǎn)。Python中所有的東西，注意，我是指所有的東西——都是對(duì)象。這包括整數(shù)、字符串、函數(shù)以及類。它們?nèi)慷际菍?duì)象，而且它們都是從一個(gè)類創(chuàng)建而來，這個(gè)類就是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'>

現(xiàn)在，對(duì)于任何一個(gè)class的class屬性又是什么呢？

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

因此，元類就是創(chuàng)建類這種對(duì)象的東西。type就是Python的內(nèi)建元類，當(dāng)然了，你也可以創(chuàng)建自己的元類。

7. metaclass屬性

你可以在定義一個(gè)類的時(shí)候?yàn)槠涮砑?strong>metaclass屬性。

class Foo(object):
    __metaclass__ = something…
    ...省略...

如果你這么做了，Python就會(huì)用元類來創(chuàng)建類Foo。小心點(diǎn)，這里面有些技巧。你首先寫下class Foo(object)，但是類Foo還沒有在內(nèi)存中創(chuàng)建。Python會(huì)在類的定義中尋找metaclass屬性，如果找到了，Python就會(huì)用它來創(chuàng)建類Foo，如果沒有找到，就會(huì)用內(nèi)建的type來創(chuàng)建這個(gè)類。把下面這段話反復(fù)讀幾次。當(dāng)你寫如下代碼時(shí) :

class Foo(Bar):
    pass

Python做了如下的操作：

Foo中有metaclass這個(gè)屬性嗎？如果是，Python會(huì)通過metaclass創(chuàng)建一個(gè)名字為Foo的類(對(duì)象)
如果Python沒有找到metaclass，它會(huì)繼續(xù)在Bar（父類）中尋找metaclass屬性，并嘗試做和前面同樣的操作。

如果Python在任何父類中都找不到metaclass，它就會(huì)在模塊層次中去尋找metaclass，并嘗試做同樣的操作。

如果還是找不到metaclass,Python就會(huì)用內(nèi)置的type來創(chuàng)建這個(gè)類對(duì)象。

現(xiàn)在的問題就是，你可以在metaclass中放置些什么代碼呢？答案就是：可以創(chuàng)建一個(gè)類的東西。那么什么可以用來創(chuàng)建一個(gè)類呢？type，或者任何使用到type或者子類化type的東東都可以。

8. 自定義元類

元類的主要目的就是為了當(dāng)創(chuàng)建類時(shí)能夠自動(dòng)地改變類。通常，你會(huì)為API做這樣的事情，你希望可以創(chuàng)建符合當(dāng)前上下文的類。

假想一個(gè)很傻的例子，你決定在你的模塊里所有的類的屬性都應(yīng)該是大寫形式。有好幾種方法可以辦到，但其中一種就是通過在模塊級(jí)別設(shè)定metaclass。采用這種方法，這個(gè)模塊中的所有類都會(huì)通過這個(gè)元類來創(chuàng)建，我們只需要告訴元類把所有的屬性都改成大寫形式就萬事大吉了。

幸運(yùn)的是，metaclass實(shí)際上可以被任意調(diào)用，它并不需要是一個(gè)正式的類。所以，我們這里就先以一個(gè)簡單的函數(shù)作為例子開始。

python2中

#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):

    #遍歷屬性字典，把不是__開頭的屬性名字變?yōu)榇髮?
    newAttr = {}
    for name,value in future_class_attr.items():
        if not name.startswith("__"):
            newAttr[name.upper()] = value

    #調(diào)用type來創(chuàng)建一個(gè)類
    return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)

class Foo(object):
    __metaclass__ = upper_attr #設(shè)置Foo類的元類為upper_attr
    bar = 'bip'

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

f = Foo()
print(f.BAR)

python3中

#-*- coding:utf-8 -*-
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):

    #遍歷屬性字典，把不是__開頭的屬性名字變?yōu)榇髮?
    newAttr = {}
    for name,value in future_class_attr.items():
        if not name.startswith("__"):
            newAttr[name.upper()] = value

    #調(diào)用type來創(chuàng)建一個(gè)類
    return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)

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

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

f = Foo()
print(f.BAR)

現(xiàn)在讓我們?cè)僮鲆淮?，這一次用一個(gè)真正的class來當(dāng)做元類。

#coding=utf-8

class UpperAttrMetaClass(type):
    # __new__ 是在__init__之前被調(diào)用的特殊方法
    # __new__是用來創(chuàng)建對(duì)象并返回之的方法
    # 而__init__只是用來將傳入的參數(shù)初始化給對(duì)象
    # 你很少用到__new__，除非你希望能夠控制對(duì)象的創(chuàng)建
    # 這里，創(chuàng)建的對(duì)象是類，我們希望能夠自定義它，所以我們這里改寫__new__
    # 如果你希望的話，你也可以在__init__中做些事情
    # 還有一些高級(jí)的用法會(huì)涉及到改寫__call__特殊方法，但是我們這里不用
    def __new__(cls, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
        #遍歷屬性字典，把不是__開頭的屬性名字變?yōu)榇髮?
        newAttr = {}
        for name,value in future_class_attr.items():
            if not name.startswith("__"):
                newAttr[name.upper()] = value

        # 方法1：通過'type'來做類對(duì)象的創(chuàng)建
        # return type(future_class_name, future_class_parents, newAttr)

        # 方法2：復(fù)用type.__new__方法
        # 這就是基本的OOP編程，沒什么魔法
        # 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'))
# 輸出: False
print(hasattr(Foo, 'BAR'))
# 輸出:True

f = Foo()
print(f.BAR)
# 輸出:'bip'

就是這樣，除此之外，關(guān)于元類真的沒有別的可說的了。但就元類本身而言，它們其實(shí)是很簡單的：

• 攔截類的創(chuàng)建
• 修改類
• 返回修改之后的類
• 究竟為什么要使用元類？

現(xiàn)在回到我們的大主題上來，究竟是為什么你會(huì)去使用這樣一種容易出錯(cuò)且晦澀的特性？好吧，一般來說，你根本就用不上它：

“元類就是深度的魔法，99%的用戶應(yīng)該根本不必為此操心。如果你想搞清楚究竟是否需要用到元類，那么你就不需要它。那些實(shí)際用到元類的人都非常清楚地知道他們需要做什么，而且根本不需要解釋為什么要用元類?！?—— Python界的領(lǐng)袖 Tim Peters

文章題目：python中的元類是什么？怎么用？
當(dāng)前網(wǎng)址：http://jinyejixie.com/article18/ipjjdp.html

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