猴哥猴哥 发表于 2024-1-8 01:02:20

python的metaclass

python中的metaclass可谓熟悉而又陌生,自己开发时很少用,阅读源码时却经常遇到,那么到底什么是metaclass呢?何时使用metaclass呢?
动态创建class的方法

假设我们需要动态创建一个class,那么一般我们有这样几种方法

[*]通过一个函数动态创建class
[*]通过type动态创建class
1.函数动态创建class

def create_class_by_name(name):
    if name == 'dog':
      class Dog(object):
            pass
      return Dog
    else:
      class Cat(object):
            pass
      return Cat

dy_class = create_class_by_name('hi')
print dy_class    # output: <class '__main__.Cat'>
print dy_class()# output: <__main__.Cat object at 0x03601D10>2.type动态创建class

type 除了可以获取到一个对象的类型,还有另外一个功能:动态创建 class。
它的函数签名是这样的:_type(name, bases, dict) -> a new type_
其中:

[*]name: 类名
[*]bases: 父类名的tuple,用于继承,可以为空
[*]dict: 字典,包含class attributes的 name 和 value
class ClassParent(object):
    first_name = 'John'

# 创建一个 继承自 ClassParent 的 ClassChild,并为 ClassChild 添加一个 age = 15 的 attribute
child_class = type('ClassChild', (ClassParent,), {'age': 15})

# child_class 形如:
class ClassChild(ClassParent):
    age = 15

child_obj = child_class()
print child_obj.first_name, child_obj.age
# output: John 15事实上,type 关键字,是 python 用来创建 class 的 metaclass。可以通过 __class__ 来查看一个 class 的 metaclass:
print child_class.__class__
# output <type 'type'>使用metaclass创建class

metaclass,即是(class of class) class 的 class,用来描述如何创建一个 class 的代码段。
python2

在 class 的定义中,可以通过 __metaclass__ 来指定当前 class 的 metaclass:
因此,只要我们指定了__metaclass__就可以代替type()创建class.我们自己来写一个最简单的metaclass.
class DemoMeta(type):
        pass
class DemoClass(object):
        __metaclass__ = DemoMeta
print type(DemoClass) #<class '__main__.DemoMeta'>看一个复杂些的例子
class FooMeta(type):
        def __new__(mcs, name, bases, attrs):
                """
                定制创建 class 的行为
                作为示例,这里将外部传入的 attrs 的名称做一些处理:如果以'_'开头,则转为小写
                :param name: class 名称
                :param bases: tuple, 父类的名称
                :param attrs: class attributes
                """
                converted = {atr if not atr.startswith('_') else atr.lower(): v
                     for atr, v in attrs.items()}
                cls = super(FooMeta, mcs).__new__(mcs, name, bases, converted)
                return cls


class Foo(object):
    __metaclass__ = FooMetapython3

py3中,指定元类的语法有一点小小的修改:不再使用 __metaclass__,而是在定义 class 时显式地指定 metaclass:
class Foo(object, metaclass=CustomMetaclass):
    pass常见用途

metaclass可以控制类的创建过程,包括类的属性、方法和父类等。metaclass可以用于实现一些高级的编程技巧,例如自动注册子类、自动添加属性和方法等

[*]统计某种类型
[*]定义一个单例
[*]自动添加属性和方法
如何统计某个类的所有子类

猜想一下,统计某个类的所有子类
__bases__是一个元组,包含了一个类的所有直接父类,所以不不能统计到某种类型
还有一种方法:
使用gc.get_objects()函数获取所有已经创建的对象,然后使用issubclass()函数判断一个类是否是另一个类的子类,从而统计所有的子类
以下是一个示例代码:
import gc

def count_subclasses(cls):
    count = 0
    for obj in gc.get_objects():
      if isinstance(obj, type) and issubclass(obj, cls):
            count += 1
    return count自动统计某种类型

下面是一个简单的例子演示了如何使用metaclass来自动注册子类。
假设我们有一个基类Base,我们希望所有继承自Base的子类都能够自动注册到一个全局的字典中。我们可以定义一个Meta类,该类继承自type,并重写其__init__方法,在该方法中实现自动注册的逻辑。然后,我们将Base类的metaclass设置为Meta类,这样所有继承自Base的子类都会使用Meta类来创建实例,并自动注册到全局字典中。
class Meta(type):
    registry = {}

    def __init__(cls, name, bases, attrs):
      super(Meta, cls).__init__(name, bases, attrs)
      if name != 'Base':
            Meta.registry = cls

class Base(object):
    __metaclass__ = Meta

class Subclass1(Base):
    pass

class Subclass2(Base):
    pass

print Meta.registry输出结果为:
{'Subclass1': <class '__main__.Subclass1'>, 'Subclass2': <class '__main__.Subclass2'>}可以看到,Subclass1和Subclass2都被自动注册到了Meta.registry字典中。这样,我们就可以方便地获取所有继承自Base的子类了。
定义单例

class Singleton(type):
    def __init__(cls, name, bases, dict):
      super(Singleton, cls).__init__(name, bases, dict)
      cls.instance = None

    def __call__(cls, *args):
      if cls.instance is None:
            cls.instance = super(Singleton, cls).__call__(*args)
      return cls.instance

class MyCard(object):
        __metaclass__ = Singleton

def testSingle():
        card1 = MyCard()
        card2= MyCard()
        print card1,card2
    #输出结果:<__main__.MyCard object at 0x03A6FE90> <__main__.MyCard object at 0x03A6FE90>自动添加属性和方法

假设我们有一个基类Base,我们希望所有继承自Base的子类都能够自动添加一个名为name的属性和一个名为hello的方法。我们可以定义一个Meta类,该类继承自type,并重写其__init__方法,在该方法中实现自动添加属性和方法的逻辑。然后,我们将Base类的metaclass设置为Meta类,这样所有继承自Base的子类都会使用Meta类来创建实例,并自动添加name属性和hello方法。
class Meta(type):
    def __init__(cls, name, bases, attrs):
      super(Meta, cls).__init__(name, bases, attrs)
      cls.name = name
      cls.hello = lambda self: 'Hello, %s!' % self.name

class Base(object):
    __metaclass__ = Meta

class Subclass1(Base):
    pass

class Subclass2(Base):
    pass

print Subclass1().hello()
print Subclass2().hello()
#Hello, Subclass1!
#Hello, Subclass2!Python选取 metaclass 的策略

在Python中,当我们定义一个类时,解释器会根据以下顺序来选择metaclass:

[*]如果该类显式指定了metaclass,则使用该metaclass。
[*]否则,如果该类的父类中有metaclass,则使用该metaclass。
[*]否则,如果该类的模块中有metaclass,则使用该metaclass。
[*]否则,如果该类的基类中有metaclass,则使用该metaclass。
[*]否则,使用默认的type作为metaclass。
结尾

如果看完之后你还是看不懂,没关系,99%的情况下都不需要用到metaclass

来源:https://www.cnblogs.com/zhaoqingqing/p/17951351
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