metaclass in python (part 2)

zhoujun.g

接着上一篇的讲。
现在我们知道了，metaclass 生 class，class 生 instance。
但是 metaclass 还可以有它的 metametaclass，metametaclass 还可以有... 如果反复，永无止境。这样想起来，脑袋就有点晕了。
其实在 python 中万物皆对象而已，所有对象皆有其类型，对象的类型也还是对象！而类型对象的类型就是它自己。
而前面说过的所谓 instance、class、metaclass 等东西，都只是不同种类的对象而已。
判断对象是什么对象的唯一方法就是通过其提供的“接口”，这就是所谓的 duck type！只要一个对象实现了成为一个 class 所需的接口，它就是 class ！metaclass 亦然。
那么我们不如先来讨论讨论 metaclass 的接口吧，看看究竟需要实现哪些接口能使一个对象成为一个 metaclass。
先来看一些等价关系：
class Temp(object):
   __metaclass__ = Meta
   a = 1
   def __init__(self, a):
       self.a = a

上面代码其实等价于：
Temp = Meta('Temp', (object,),
  {'a':1, '__module__':'current module name', '__metaclass__':the object Meta, '__init__':function object __init__})

（class的语法原来只是个语法糖而已，汗！）
由此可见 Meta 首先应该是个 callable，并且应该接受如上所示的三个参数。
t = Temp(2) # 构建 Temp 的 instance

从这一句我们可以看出 Temp 也应该是个 callable 对象。
而我们知道 Temp 对象其实是调用 Meta 所返回的，也就是说 Meta 这个 callable 对象返回的还应该是一个 callable 对象。
典型地，如果 Meta 是一个 class，意味着它应该实现一个 __call__ 方法。这样的话，那么上面那句就可以等价为：
t = Temp.__call__(2)
上面说的这几点基本上可以作为判断一个对象能否成为 metaclass 的标准了：一个接受三个参数并返回另一个 callable 对象的 callable 对象！
不急，在继续分析之前我们不妨利用刚才发现的这一点搞点小怪先，呵呵。
def Meta(name, bases, attrs):
   def _class(a):
       return a
   return _class
class Temp(object):
   '''
   >>> Temp(1)
   1
   >>> Temp('hello')
   'hello'
   '''
   __metaclass__ = Meta

继续分析，虽然可以像上面那样恶搞，不过要想写个有点实际用处的 metaclass ，还是通过 class 来实现比较方便。
最典型的方法便是直接继承 type 了，毕竟那是所有 new-style class 的 metaclass，在 python3000 里就要成为所有 class 默认的 metaclass 了。
可以说大部分 metaclass 的实现都是这么做的，不过下面要分析的这一例却是个例外，虽然不像上面我们写的那个 metaclass 那么奇怪，不过分析起来也不是那么容易的。
不过我们还需要继续澄清一些事实，先看这个例子：
class Temp(object):
   @staticmethod  # 这一句可以忽略，不管有没有这句，__new__ 都是静态方法
   def __new__(cls, a):
       return object.__new__(cls, a)
   def __init__(self, a):
       self.a = a
   def __getattribute__(self, name):
       return super(Temp, self).__getattribute__(name)
   def __getattr__(self, name):
       return super(Temp, self).__getattr__(name)
t = Temp(2)
print t.a

在默认的 metaclass type 的实现中，上面这句，也就是 type 的 __call__ 方法，其实是分以下两步完成的：
t = Temp.__new__(Temp, 2) # 调用 staticmethod __new__，创建 instance
t.__init__(2) # 调用该 instance 的构造函数，初始化 instance

另外，既然 Temp 实现了 __getattribute__， t.a 实际上等价于：
try:
   t.__getattribute__(self, 'a')
except AttributeError:
   t.__getattr__(self, 'a')

到这里基本上一些概念问题已经搞清楚了，下一篇终于可以正式开始研究这里的代码了。
参考：
Unifying types and classes in Python 2.2 这是老大对 python2.2 以后的“python对象模型”的深刻的描述
The Python 2.3 Mehod Resolution Order 这也是今天碰巧看到的好文，虽然与本文没有什么联系，不过，此文深入讲解了 python2.3 以后对多继承的实现， 我也是看完这篇才知道实现个多继承是如此的复杂，不过幸好他们找到了合适的算法。 另外对于平时不经常接触算法的人（比如我）来说，偶尔用数学的思维思考思考还有很有好处的。
New-style Classes 这里是 new-style class 相关的文献的集合。
另外想找这方面中文资料的兄弟可以去啄木鸟：python中的新型类及其实例详解 Metaclasses(元类)