Python元類是怎么創建一個類的

本篇內容介紹了“Python元類是怎么創建一個類的”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

如果你看過比較優秀的 Python 開源框架，肯定見到過元類的身影。例如，在一個類中定義了類屬性 __metaclass__，這就說明這個類使用了元類來創建。

那元類的實現原理究竟是怎樣的？使用元類能幫我們在開發中解決什么樣的問題？

這篇文章，我們就來看一下 Python 元類的來龍去脈。

什么是元類？

我們都知道，定義一個類，然后調用它的構造方法，就可以初始化出一個實例出來，就像下面這樣：

class Person(object)      def __init__(name):          self.name = name  p = Person('zhangsan')

那你有沒有想過，我們平時定義的類，它是如何創建出來的？

別著急，我們先來看一個例子：

>>> a = 1               # 創建a的類是int a是int的實例  >>> a.__class__  <type 'int'>  >>> b = 'abc'           # 創建b的類是str b是str的實例  >>> b.__class__  <type 'str'>  >>> def c():            # 創建c的類是function 方法c是function的實例  ...     pass  >>> c.__class__  <type 'function'>  >>> class D(object):    # 創建d的類是D d是D的實例  ...     pass  >>> d.__class__  <class '__main__.D'>

在這個例子中，我們定義了 int、str、function、class，然后分別調用了它們的__class__ 方法，這個 __class__ 方法可以返回實例是如何創建出來的。

從方法返回的結果我們可以看到：

•  創建整數 a 的類是 int，也就是說 a 是 int 的一個實例

•  創建字符串 b 的類是 str，也就是說 b 是 str 的一個實例

•  創建函數 c 的類是 function，也就是說 c 是 function 的一個實例

•  創建實例 d 的類是 class，也就是說 d 是 class 的一個實例

除了這些之外，我們在開發中使用到的例如 list、dict 也類似，你可以測試觀察一下結果。

現在我們已經得知，創建這些實例的類是 int、str、function、class，那進一步思考一下，這些類又是怎么創建出來的呢？

同樣地，我們也調用這些類的 __class__ 方法，觀察結果：

>>> a = 1 >>> a.__class__.__class__  <type 'type'>  >>>  >>> b = 'abc'  >>> b.__class__.__class__  <type 'type'>  >>>  >>> def c():  ...     pass  >>> c.__class__.__class__ <type 'type'>  >>>  >>> class D(object):  ...     pass  >>> d = D()  >>> d.__class__.__class__  <type 'type'>

從結果我們可以看到，創建這些類的類，都是 type，所以 type 就是創建所有類的「元類」。也就是說，元類的作用就是用來創建類的。

你可以這樣理解：

1. 鴻蒙官方戰略合作共建——HarmonyOS技術社區

2.  元類 -> 類

3.  類 -> 實例

用偽代碼表示，就是下面這樣：

klass = MetaClass()     # 元類創建類  obj = klass()           # 類創建實例

是不是很有意思？

在這里，你也可以感受一下這句話的含義：Python 中一切皆對象！

無論是普通類型、方法、實例，還是類，都可以統一看作對象，它們的起源就是元類。

其實，在 Python 中，使用 type 方法，我們可就以創建出一個類，type 方法的語法如下：

type(class_name, (base_class, ...), {attr_key: attr_value, ...})

例如，像下面這樣，我們使用 type 方法創建 MyClass 類，并且讓它繼承 object：

>>> A = type('MyClass', (object, ), {}) # type創建一個類，繼承object  >>> A  <class '__main__.MyClass'>  >>> A()  <__main__.MyClass object at 0x10d905950>

我們還可以使用 type 創建一個包含屬性和方法的類：

>>> def foo(self):  ...     return 'foo'  ...  >>> name = 'zhangsan'  >>>  # type 創建類B 繼承object 包含 name 屬性和 foo 方法  >>> B = type('MyClass', (object, ), {'name': name, 'foo': foo})   >>> B.name          # 打印 name 屬性  'zhangsan'  >>> print B().foo() # 調用 foo 方法  foo

通過 type 方法創建的類，和我們自己定義一個類，在使用上沒有任何區別。

其實，除了使用 type 方法創建一個類之外，我們還可以使用類屬性 __metaclass__ 創建一個類，這就是下面要講的「自定義元類」。

自定義元類

我們可以使用類屬性 __metaclass__ 把一個類的創建過程，轉交給其它地方，可以像下面這樣寫：

class A(object):      __metaclass__ = ... # 這個類的創建轉交給其他地方      pass

這個例子中，我們先定義了類 A，然后定義了一個類屬性 __metaclass__，這個屬性表示創建類 A 的過程，轉交給其它地方處理。

那么，這個類屬性 __metaclass__ 需要怎么寫呢？

其實，它可以是一個方法，也可以是一個類。

用方法創建類

如果類屬性 __metaclass__ 賦值的是一個方法，那么創建類的過程，就交給了一個方法來執行。

def create_class(name, bases, attr):      print 'create class by method...'      # 什么事都沒做 直接用type創建了一個類      return type(name, bases, attr)  class A(object):      # 創建類的過程交給了一個方法      __metaclass__ = create_class  # Output:      # create class by method ...

我們定義了 create_class 方法，然后賦值給 __metaclass__，那么類 A 被創建時，就會調用 create_class 方法。

而 create_class 方法中的邏輯，就是我們上面所講到的，使用 type 方法創建出一個類，然后返回。

用類創建類

明白了用方法創建類之后，我們來看一下用類來創建另一個類。

class B(type):      # 必須定義 __new__ 方法 返回一個類      def __new__(cls, name, bases, attr):          print 'create class by B ...'          return type(name, bases, attr)  class A(object):      # 創建類的過程交給了B      __metaclass__ = B    # Output:  # create class by B ...

在這個例子中，我們定義了類 B，然后把它賦值給了 A 的類變量 __metaclass__，這就表示創建 A 的過程，交給了類 B。

B 在定義時，首先繼承了 type，然后定義了 __new__ 方法，最后調用 type 方法返回了一個類，這樣當創建類 A 時，會自動調用類 B 的 __new__ 方法，然后得到一個類實例。

創建類的過程

好了，上面我們演示了通過元類創建一個類的兩種方式，分別是通過方法創建和通過類創建。

其實創建一個類的完整流程如下：

1. 鴻蒙官方戰略合作共建——HarmonyOS技術社區

2.  檢查類中是否有 __metaclass__ 屬性，如果有，則調用 __metaclass__ 指定的方法或類創建

3.  如果類中沒有 __metaclass__ 屬性，那么會繼續在父類中尋找

4.  如果任何父類中都沒有，那么就用 type 創建這個類

也就是說，如果我們沒有指定 __metaclass__，那么所有的類都是默認由 type 創建，這種情況是我們大多數定義類時的流程。

如果類中指定了 __metaclass__，那么這個類的創建就會交給外部來做，外部可以定義具體的創建邏輯。

哪種創建類的方式更好？

雖然有兩種方式可以創建類，那么哪種方式更好呢？

一般我們建議使用類的方式創建，它的優點如下：

•  使用類更能清楚地表達意圖

•  使用類更加 OOP，因為類可以繼承其他類，而且可以更友好地使用面向對象特性

•  使用類可以更好地組織代碼結構

另外，使用類創建一個類時，這里有一個優化點：在 __new__ 方法中不建議直接調用 type 方法，而是建議調用 super 的 __new__ 來創建類，執行結果與 type 方法是一樣的：

class B(type):      def __new__(cls, name, bases, attr):          # 使用 super.__new__ 創建類          return super(B, cls).__new__(cls, name, bases, attr)

創建類時自定義行為

前面我們用元類創建一個類時，它的功能非常簡單。現在我們來看一下，使用元類創建類時，如何定義一些自己的邏輯，然后改變類的屬性或行為。

我們看下面這個例子：

# coding: utf8  class Meta(type):      def __new__(cls, name, bases, attr):          # 通過 Meta 創建的類 屬性會都變成大寫          for k, v in attr.items():              if not k.startswith('__'):                  attr[k] = v.upper()              else:                  attr[k] = v          return type(name, bases, attr)  class A(object):      # 通過 Meta 創建類      __metaclass__ = Meta      name = 'zhangsan'  class B(object):      # 通過 Meta 創建類      __metaclass__ = Meta       name = 'lisi'  # 打印類屬性 會自動變成大寫  print A.name    # ZHANGSAN  print B.name    # LISI

在這個例子中，我們定義了一個元類 Meta，然后在定義類 A 和 B 時，把創建類的過程交給了  Meta，在 Meta 類中，我們可以拿到 A 和 B 的屬性，然后把它們的屬性都轉換成了大寫。

所以當我們打印 A 和 B 的屬性時，雖然定義的變量是小寫的，但輸出結果都變成了大寫，這就是元類發揮的作用。

使用場景

了解了元類的實現原理，那么元類都會用在哪些場景呢？

我們在開發中其實用的并不多，元類的使用，經常會出現在一些框架中，例如Django ORM、peewee，下面是使用 Django ORM 定義一個數據表映射類的代碼：

class Person(models.Model):      # 注意: name 和 age 是類屬性      name = models.CharField(max_length=30)      age = models.IntegerField()      person = Person(name='zhangsan', age=20)  print person.name   # zhangsan  print person.age    # 20

仔細看在這段代碼中，我們定義了一個 Person 類，然后在類中定義了類屬性 name 和 age，它們的類型分別是 CharField 和 IntegerField，之后我們初始化 Person 實例，然后通過實例獲取 name 和 age 屬性，輸出的卻是 str 和 int，而不再是 CharField 和 IntegerField。

能做到這樣的秘密就在于，Person 類在創建時，它的邏輯交給了另一個類，這個類針對類屬性進行了轉換，最終變成對象與數據表的映射，通過轉換映射，我們就可以通過實例屬性的方式，友好地訪問表中對應的字段值了。

總結

總結一下，這篇文章我們講了元類的實現原理，了解到元類是創建所有類的根源，我們可以通過 type 方法，或者在類中定義 __metaclass__ 的方式，把創建類的過程交給外部。

當使用 __metaclass__ 創建類時，它可以是一個方法，也可以是一個類。我們通常會使用類的方式去實現一個元類，這樣做更方便我們組織代碼，實現面向對象。

在使用元類創建一個類時，我們可以修改創建類的細節，例如對屬性做統一的轉換，或者增加新的方法等等，這對于我們開發一個復雜功能的類很友好，它可以把創建類的細節屏蔽在元類中，所以元類常常用在優秀的開源框架中。、

“Python元類是怎么創建一個類的”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！