Python中的元类

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　　从前面"Python对象"文章中了解到，在Python中一切都是对象，类可以创建实例对象，但是类本身也是对象。



class C(object):
pass
c = C()
print c.__class__
print C.__class__   
　　代码中，通过"__class__"属性来查看对象的类型，对于类C对象本身，它的类型是type。

　　由于类也是对象，所以就可以在运行时动态的创建类，那么这时候就要用到内建函数type了。

再看type
　　从前面的文章了解到，可以通过内建函数type来获取对象的类型。



class C(object):
pass
c = C()
print c.__class__ is type(c)
print C.__class__ is type(C)
　　这里，我们就看看内建函数type的另一个强大的功能，动态的创建类。当使用type创建类的时候，有以下形式：



type(类名, 父类的元组（可以为空）, 属性的字典)

• 要创建的class的名字
  
• 父类集合，如果只有一个父类，别忘了tuple的单元素写法
  
• class的属性字典
  

　　看看type创建类的例子：



def  printInfo(self):
print "%s is %d years old" %(self.name, self.age)
S = type("Student", (object, ), {"name": "Wilber", "age": 28, "printStudentInfo": printInfo})
print type(S)
s = S()
print type(s)
s.printStudentInfo()   
　　例子中，通过type动态的创建了一个Studnent类，并且通过这个类可以创建实例：


__metaclass__
　　函数type实际上是一个元类，元类就是用来创建类的"模板"。我们可以通过类"模板"创建实例对象，同样，也可以使用元类"模板"来创建类对象；也就是说，元类就是类的类。
　　在创建一个类的时候，可以设置"__metaclass__"属性来指定元类。
　　"__metaclass__"属性对应的代码就是创建类的代码（这段代码可以是一个函数，也可以是一个类）；如果这段代码是类，"__metaclass__"的类名总是以Metaclass结尾，以便清楚地表示这是一个元类。
　　对于元类的查找，Python有一套规则：

• Python解释器会在当前类中查找"__metaclass__"属性对于的代码，然后创建一个类对象
  
• 如果没有找到"__metaclass__"属性，会继续在父类中寻找"__metaclass__属性"，并尝试前面同样的操作
  
• 如果在任何父类中都找不到"__metaclass__"，就会用内置的type来创建这个类对象
  

def queueMeta(name, bases, attrs):
attrs['InQueue'] = lambda self, value: self.append(value)
def deQueue(self):
if len(self) > 0:
return self.pop(0)
attrs['DeQueue'] = deQueue
# 直接调用type内建函数
return type(name, bases, attrs)

# 元类从`type`类型派生
class QueueMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
attrs['InQueue'] = lambda self, value: self.append(value)
def deQueue(self):
if len(self) > 0:
return self.pop(0)
attrs['DeQueue'] = deQueue
# 直接调用type内建函数
# return type(name, bases, attrs)
# 通过父类的__new__方法
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
class MyQueue(list):
# 设置metaclass属性，可以使用一个函数，也可以使用一个类，只要是可以创建类的代码
#__metaclass__ = queueMeta
__metaclass__ = QueueMetaclass
pass

q = MyQueue("hello World")
print q
q.InQueue("!")
print q
q.DeQueue()
print q
　　代码中的MyQueue类型继承自list，但是通过设置"__metaclass__"属性，可以修改创建的类。也就是说，元类做了下面的事情：

• 拦截类的创建
  
• 根据"__metaclass__"对应的代码修改类
  
• 返回修改之后的类
  

元类的__init__和__new__
　　当创建元类的时候，为了定制创建出来的类的特性，一般会实现元类的"__init__"和"__new__"方法。



class MyMetaclass(type):
def __new__(meta, name, bases, attrs):
print '-----------------------------------'
print "Allocating memory for class", name
print meta
print bases
print attrs
return super(MyMetaclass, meta).__new__(meta, name, bases, attrs)
def __init__(cls, name, bases, attrs):
print '-----------------------------------'
print "Initializing class", name
print cls
print bases
print attrs
super(MyMetaclass, cls).__init__(name, bases, attrs)
class MyClass(object):
__metaclass__ = MyMetaclass
def foo(self, param):
pass
barattr = 2   
　　通过这个例子演示了使用元类的"__init__"和"__new__"方法：


元类的__call__
　　"__call__"是另外一个经常在实现元类时被重写的方法，与"__init__"和"__new__"不同的是，当调用"__call__"的时候，类已经被创建出来了，"__call__"是作用在类创建的实例过程。
　　看下面的代码：



class MyMetaclass(type):
def __call__(cls, *args, **kwds):
print '__call__ of ', str(cls)
print '__call__ *args=', str(args)
return type.__call__(cls, *args, **kwds)
class MyClass(object):
__metaclass__ = MyMetaclass
def __init__(self, a, b):
print 'MyClass object with a=%s, b=%s' % (a, b)
print 'gonna create foo now...'
foo = MyClass(1, 2)   
　　代码的输出为：


元类使用举例
　　前面已经介绍了很多关于元类的知识了，下面看看怎么实际使用元类。
　　元类在ORM中是比较常用的，因为需要在运行时创建类型，看下面简单的例子：



class Field(object):
def __init__(self, fname, ftype):
self.fname = fname
self.ftype = ftype
def __str__(self):
return '{%s: (%s, %s)}' % (self.__class__.__name__, self.fname, self.ftype)   
class StringField(Field):
def __init__(self, fname):
super(StringField, self).__init__(fname, 'varchar(100)')
class IntegerField(Field):
def __init__(self, fname):
super(IntegerField, self).__init__(fname, 'bigint')   
class ModelMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
if name == "Model":
return super(ModelMetaclass, cls).__new__(cls, name, bases, attrs)
else:
mapping = {}
print "Create Model for:", name
for k, v in attrs.items():
if isinstance(v, Field):
print "mapping %s with %s" %(k, v)
mapping[k] = v
attrs['_table'] = name
attrs['_mapping'] = mapping
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
class Model(dict):
__metaclass__ = ModelMetaclass
def __init__(self, **kwargs):
for key in kwargs.keys():
if key not in self.__class__._mapping.keys():
print "Key '%s' is not defined for %s" %(key, self.__class__.__name__)
return
super(Model, self).__init__(**kwargs)
def save(self):
fields = []
params = []
args = []
for k, v in self.__class__._mapping.items():
fields.append(k)
params.append("'{0}'".format(self[k]))
sql = 'insert into %s (%s) values (%s)' % (self.__class__._table, ','.join(fields), ','.join(params))
print 'SQL: %s' %sql
class Student(Model):
id = IntegerField('id_c')
name = StringField('username_c')
email = StringField('email_c')
print "-------------------------------------------------"
print Student._table
print Student._mapping
print "-------------------------------------------------"
s1 = Student(id = 1, name = "Wilber", email = "wilber@sh.com")   
s1.save()
print "-------------------------------------------------"
s2 = Student(id = 1, name = "Wilber", gender = "male")   
　　代码中通过元类创建Student类，并将类的属性与数据表关联起来：


总结
　　本文介绍了Python中元类的概念，通过元类可以在运行时创建类。
　　当用户定义一个类class的时候，Python解释器就会在当前类中查找"__metaclass__"属性，如果找到，就通过该属性对应的代码创建类；如果没有找到，就继续以相同的规则查找父类。如果在任何父类中都找不到"__metaclass__"，就会用内置的type来创建类对象。