关于python创建类的深入理解

红太狼 2022-06-01 08:39 129阅读 0赞

# 背景 #

我们知道在python中**一切皆为对象的概念**，那我们们来看一段程序

class Foo(object):
        def __init__(self, name):
            self.name = name
    
    
    f = Foo("sty")
    print(type(f))
    print(type(Foo))
    
    #output:
    # <class '__main__.Foo'>
    # <class 'type'>

如果按照一切事物都是对象的理论：f对象是通过执行Foo类的构造方法创建，那么Foo类对象应该也是通过执行某个类的 构造方法 创建.  
通过打印我们可以知道：f对象是Foo类的一个实例，Foo类对象是 type 类的一个实例，即：Foo类对象 是通过type类的构造方法创建。

# 创建类的深入 #

那么我们可以知道将可以有两种方法来在python中创建类了  
**普通方法**

class Foo(object):
        def talk(self):
            print 'hello sty'
    
    f = Foo()
    f.talk()

**特殊方式**

def func(self):
        print('hello sty')
    
    Foo = type('Foo', (object,), {
       'talk': func}) #创建Foo类
    
    f = Foo()
    f.talk()
    #type第一个参数：类名
    #type第二个参数：当前类的基类
    #type第三个参数：类的成员

上面的第一种方法是我们常用而且熟悉的，而第二种方法也和第一种方法有着同样的效果。  
我们还可以在第二种方法的基础上加上构造函数：

def func(self):
        print('hello %s' % self.name)
    
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age
    
    
    Foo = type('Foo', (object,), {
       'talk': func, '__init__': __init__})
    
    f = Foo("jack", 22)
    f.talk()
    #output:
    #hello jack

**所以我们可以得到一个结论：类默认是由 type 类实例化产生的**  
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。

# **什么是元类？** #

元类就是创建类的东西.  
你是为了创建对象才定义类的,对吧?  
但是我们已经知道了Python的类是对象.  
这里,元类创建类.它们是类的类,你可以把它们想象成这样:

MyClass = MetaClass()
    MyObject = MyClass()

我们可以通过type来实现这样的效果:

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

这是因为 type 就是一个元类. type 是Python中创建所有类的元类  
现在你可能纳闷为啥子 type 用小写而不写成 Type ?  
我想是因为要跟 str 保持一致, str 创建字符串对象, int 创建整数对象. type 正好创建类对象.  
你可以通过检查 **class** 属性来看到这一点.  
Python中所有的东西都是对象.包括整数,字符串,函数还有类.所有这些都是对象.所有这些也都是从类中创建  
的:

>>> 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'>

那么，**class**的**class**属性是什么?

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

**所以,元类就是创建类对象的东西.**  
如果你愿意你也可以把它叫做’类工厂’. type 是Python的内建元类,当然,你也可以创建你自己的元类

**那么问题来了**  
**类默认是由 type 类实例化产生，type类中如何实现的创建类？类又是如何创建对象？**  
**答：**类中有一个属性 **metaclass**，其用来表示该类由 谁 来实例化创建，所以，我们可以为 **metaclass** 设置一个type类的派生类，从而查看 类 创建的过程。

# **metaclass**属性 #

当你创建一个函数的时候,你可以添加 **metaclass** 属性:

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

如果这么做了,python就会用元类来创建类Foo  
你首先写下 class Foo(object)， 但是类对象 Foo 还没有在内存中创建.  
Python将会在类定义中寻找 ***metaclass*** .如果找到了就用它来创建类对象 Foo .如果没找到,就会默认  
用 type 创建类.  
把下面这段话反复读几次。  
当你写下如下代码时候:

class Foo(Bar):
        pass

Python将会这样运行:  
在 Foo 中有没有 ***\_metaclass\_*** 属性?  
如果有,Python会在内存中通过 **metaclass** 创建一个名字为 Foo 的类对象(我说的是类对象,跟紧我的思  
路).  
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.  
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。

def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
        uppercase_attr = {}
        for name, val in future_class_attr.items():
            if not name.startswith('__'):
                uppercase_attr[name.upper()] = val
            else:
                uppercase_attr[name] = val
        return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)
    
    # __metaclass__ = upper_attr
    
    # class Foo():
    # bar1 = 'bip'
    class Foo(object, metaclass=upper_attr):
        bar='bip'
    
    # False
    print(hasattr(Foo, 'bar'))
    
    # True
    print(hasattr(Foo, 'BAR'))
    
    f = Foo()
    # bip
    print(f.BAR)

# 继续深入 #

先来看一段代码，我们来了解一下`__new__`

class Foo(object):
        def __init__(self,name):
            self.name = name
            print("Foo __init__")
    
        def __new__(cls, *args, **kwargs):
            print("Foo __new__",cls, *args, **kwargs)
            return object.__new__(cls)    #继承父亲的__new__方法，如果注释改行，类没法实例化
    
    f = Foo("Alex")
    print("f",f)
    print("fname",f.name)
    
    # output
    # Foo __new__ <class '__main__.Foo'> sty
    # Foo __init__
    # f <__main__.Foo object at 0x000001EF9AB7B518>
    # fname sty

我们可以知道`__new__`是在`__init__`之前执行的，并且我们在把

return object.__new__(cls)

注释掉之后，类是没办法实例化的，所以我们可以知道，类其实是通过`__new__`来实例化的，并且是在`__new__`中调用的`__init__`,所以在实例化的时候是先执行的`__new__`，然后再执行的`__init__`,一般情况下是不用写的，父类是有的。

再看段代码，了解下`__call__`的执行顺序:

class MyType(type):
        def __init__(self,*args,**kwargs):
    
            print("Mytype __init__",*args,**kwargs)
    
        def __call__(self, *args, **kwargs):
            print("Mytype __call__", *args, **kwargs)
            obj = self.__new__(self)
            print("obj ",obj,*args, **kwargs)
            print(self)
            self.__init__(obj,*args, **kwargs)
            return obj
    
        def __new__(cls, *args, **kwargs):
            print("Mytype __new__",*args,**kwargs)
            return type.__new__(cls, *args, **kwargs)
    
    print('here...')
    class Foo(object, metaclass = MyType):
    
        def __init__(self,name):
            self.name = name
            print("Foo __init__")
    
        def __new__(cls, *args, **kwargs):
            print("Foo __new__",cls, *args, **kwargs)
            return object.__new__(cls)    #如果注释改行，类没法实例化
    
    f = Foo("sty")
    print("f",f)
    print("fname",f.name)
    
    #output:
    #here...
    # Mytype __new__ Foo (<class 'object'>,) {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'Foo', '__init__': <function Foo.__init__ at 0x0000014DBE6A4950>, '__new__': <function Foo.__new__ at 0x0000014DBE6A49D8>}
    # Mytype __init__ Foo (<class 'object'>,) {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'Foo', '__init__': <function Foo.__init__ at 0x0000014DBE6A4950>, '__new__': <function Foo.__new__ at 0x0000014DBE6A49D8>}
    # Mytype __call__ sty
    # Foo __new__ <class '__main__.Foo'>
    # obj <__main__.Foo object at 0x0000014DBE6BB5C0> sty
    # <class '__main__.Foo'>
    # Foo __init__
    # f <__main__.Foo object at 0x0000014DBE6BB5C0>
    # fname sty

通过执行结果我们可以知道：  
类的生成 调用 顺序依次是 `__new__ --> __init__ --> __call__`

# 结语 #

**这有什么卵用？**  
大多数情况下是没什么卵用的，

> “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

元类的主要用途是创建API。 一个典型的例子是Django ORM。

如果想更加深入的了解：  
可以查看：  
[https://stackoverflow.com/questions/100003/what-are-metaclasses-in-python\#][https_stackoverflow.com_questions_100003_what-are-metaclasses-in-python]

# 参考文献 #

[https://stackoverflow.com/questions/100003/what-are-metaclasses-in-python\#][https_stackoverflow.com_questions_100003_what-are-metaclasses-in-python]  
[http://www.cnblogs.com/alex3714/articles/5213184.html][http_www.cnblogs.com_alex3714_articles_5213184.html]

**转载请注明出处：**  
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[https_stackoverflow.com_questions_100003_what-are-metaclasses-in-python]: https://stackoverflow.com/questions/100003/what-are-metaclasses-in-python#
[http_www.cnblogs.com_alex3714_articles_5213184.html]: http://www.cnblogs.com/alex3714/articles/5213184.html
[http_blog.csdn.net_sty945]: http://blog.csdn.net/sty945
[http_www.jianshu.com_u_1621b29625df]: http://www.jianshu.com/u/1621b29625df