深刻理解Python中的元类
来源:岁月联盟
编辑:exp
时间:2012-06-12
译注:这是一篇在Stack overflow上很热的帖子。提问者自称已经掌握了有关Python OOP编程中的各种概念,但始终觉得元类(metaclass)难以理解。他知道这肯定和自省有关,但仍然觉得不太明白,希望大家可以给出一些实际的例子和代码片段以帮助理解,以及在什么情况下需要进行元编程。于是e-satis同学给出了神一般的回复,该回复获得了985点的赞同点数,更有人评论说这段回复应该加入到Python的官方文档中去。而e-satis同学本人在Stack Overflow中的声望积分也高达64271分。以下就是这篇精彩的回复(提示:非常长)
类也是对象
在理解元类之前,你需要先掌握Python中的类。Python中类的概念借鉴于Smalltalk,这显得有些奇特。在大多数编程语言中,类就是一组用来描述如何生成一个对象的代码段。在Python中这一点仍然成立:
1 2 3 4 5 6 >>> class ObjectCreator( object ): … pass … >>> my_object = ObjectCreator() >>> print my_object <__main__.ObjectCreator object at 0x8974f2c > 但是,Python中的类还远不止如此。类同样也是一种对象。是的,没错,就是对象。只要你使用关键字class,Python解释器在执行的时候就会创建一个对象。下面的代码段: 1 2 3 >>> class ObjectCreator( object ): … pass … 将在内存中创建一个对象,名字就是ObjectCreator。这个对象(类)自身拥有创建对象(类实例)的能力,而这就是为什么它是一个类的原因。但是,它的本质仍然是一个对象,于是乎你可以对它做如下的操作: 1) 你可以将它赋值给一个变量 2) 你可以拷贝它 3) 你可以为它增加属性 4) 你可以将它作为函数参数进行传递 下面是示例: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 >>> print ObjectCreator < class '__main__.ObjectCreator' > >>> def echo(o): … print o … >>> echo(ObjectCreator) < class '__main__.ObjectCreator' > >>> print hasattr (ObjectCreator, 'new_attribute' ) Fasle >>> ObjectCreator.new_attribute = 'foo' >>> print hasattr (ObjectCreator, 'new_attribute' ) True >>> print ObjectCreator.new_attribute foo >>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator >>> print ObjectCreatorMirror() <__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c > 动态地创建类 因为类也是对象,你可以在运行时动态的创建它们,就像其他任何对象一样。首先,你可以在函数中创建类,使用class关键字即可。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 >>> def choose_class(name): … if name = = 'foo' : … class Foo( object ): … pass … return Foo … else : … class Bar( object ): … pass … return Bar … >>> MyClass = choose_class( 'foo' ) >>> print MyClass < class '__main__' .Foo> >>> print MyClass() <__main__.Foo object at 0x89c6d4c > 但这还不够动态,因为你仍然需要自己编写整个类的代码。由于类也是对象,所以它们必须是通过什么东西来生成的才对。当你使用class关键字时,Python解释器自动创建这个对象。但就和Python中的大多数事情一样,Python仍然提供给你手动处理的方法。还记得内建函数type吗?这个古老但强大的函数能够让你知道一个对象的类型是什么,就像这样: 1 2 3 4 5 6 7 8 >>> print type ( 1 ) < type 'int' > >>> print type ( "1" ) < type 'str' > www.2cto.com >>> print type (ObjectCreator) < type 'type' > >>> print type (ObjectCreator()) < class '__main__.ObjectCreator' > 这里,type有一种完全不同的能力,它也能动态的创建类。type可以接受一个类的描述作为参数,然后返回一个类。(我知道,根据传入参数的不同,同一个函数拥有两种完全不同的用法是一件很傻的事情,但这在Python中是为了保持向后兼容性) type可以像这样工作: 1 type (类名, 父类的元组(针对继承的情况,可以为空),包含属性的字典(名称和值)) 比如下面的代码: 1 2 >>> class MyShinyClass( object ): … pass 可以手动像这样创建: 1 2 3 4 5 >>> MyShinyClass = type ( 'MyShinyClass' , (), {}) >>> print MyShinyClass < class '__main__.MyShinyClass' > >>> print MyShinyClass() <__main__.MyShinyClass object at 0x8997cec > 你会发现我们使用“MyShinyClass”作为类名,并且也可以把它当做一个变量来作为类的引用。类和变量是不同的,这里没有任何理由把事情弄的复杂。 type 接受一个字典来为类定义属性,因此 1 2 >>> class Foo( object ): … bar = True 可以翻译为: 1 >>> Foo = type ( 'Foo' , (), { 'bar' : True }) 并且可以将Foo当成一个普通的类一样使用: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 >>> print Foo < class '__main__.Foo' > >>> print Foo.bar True >>> f = Foo() >>> print f <__main__.Foo object at 0x8a9b84c > >>> print f.bar True 当然,你可以向这个类继承,所以,如下的代码: 1 2 >>> class FooChild(Foo): … pass 就可以写成: 1 2 3 4 5 >>> FooChild = type ( 'FooChild' , (Foo,),{}) >>> print FooChild < class '__main__.FooChild' > >>> print FooChild.bar True 最终你会希望为你的类增加方法。只需要定义一个有着恰当签名的函数并将其作为属性赋值就可以了。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 >>> def echo_bar( self ): … print self .bar … >>> FooChild = type ( 'FooChild' , (Foo,), { 'echo_bar' : echo_bar}) >>> hasattr (Foo, 'echo_bar' ) False >>> hasattr (FooChild, 'echo_bar' ) True >>> my_foo = FooChild() >>> my_foo.echo_bar() True 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。 到底什么是元类(终于到主题了) 元类就是用来创建类的“东西”。你创建类就是为了创建类的实例对象,不是吗?但是我们已经学习到了Python中的类也是对象。好吧,元类就是用来创建这些类(对象)的,元类就是类的类,你可以这样理解 为: | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | |