python 元類

(一) python中的類
今天看到一篇好文，然後結合自己的情況總結一波。

這裏討論的python類，都基於python2.7x以及繼承於object的新式類進行討論。

首先在python中，所有東西都是對象。這句話非常重要要理解元類我要重新來理解一下python中的類。

class Trick(object):
    pass
當python在執行帶class語句的時候，會初始化一個類對象放在內存裏面。例如這裏會初始化一個Trick對象。

這個對象(類)自身擁有創建對象(通常我們說的實例，但是在python中還是對象)的能力。

爲了方便後續理解，我們可以先嚐試一下在新式類中最古老厲害的關鍵字type。

input:
class Trick(object):
pass

print type('123')
print type(123)
print type(Trick())

output:
<type 'str'>
<type 'int'>
<class '__main__.Trick'>
可以看到能得到我們平時使用的 str, int, 以及我們初始化的一個實例對象Trick()

但是下面的方法你可能沒有見過，type同樣可以用來動態創建一個類

type(類名, 父類的元組（針對繼承的情況，可以爲空），包含屬性的字典（名稱和值）)

這個怎麼用呢，我要用這個方法創建一個類 讓我們看下下面的代碼

input:
print type('trick', (), {})

output:
<class '__main__.trick'>
同樣我們可以實例化這個類對象

input:
print type('trick', (), {})()

output:
<__main__.trick object at 0x109283450>
可以看到，這裏就是一個trick的實例對象了。

同樣的這個方法還可以初始化創建類的父類，同時也可以初始化類屬性:

input:
class FlyToSky(object):
    pass

pw = type('Trick', (FlyToSky, ), {'laugh_at': 'hahahaha'})
print pw().laugh_at
print pw.__dict__
print pw.__bases__
print pw().__class__
print pw().__class__.__class__


output:
hahahaha
{'__module__': '__main__', 'laugh_at': 'hahahaha', '__doc__': None}
(<class '__main__.FlyToSky'>,)
<class '__main__.Trick'>
<type 'type'>
下面我將依次理一下上面的內容，在此之前我必須先介紹兩個魔法方法：

__class__這個方法用於查看對象屬於是哪個生成的，這樣理解在python中的所有東西都是對象，類對象也是對象。如果按照以前的思維來想的話就是類是元類的實例，而實例對象是類的實例。

__bases__這個方法用於得到一個對象的父類是誰，特別注意一下__base__返回單個父類，__bases__以tuple形式返回所有父類。

好了知道了這兩個方法我來依次說一下每行什麼意思。

使用type創建一個類賦值給pw type的接受的三個參數的意思分辨是(類的名稱， 類是否有父類(), 類的屬性字典{})

這裏初始化一個類的實例，然後嘗試去獲得父類的laugh_at屬性值，然後得到結果hahahaha

取一個pw的也就是我們常見類的類字典數據

拿到pw的父類，結果是我們指定的 FlyToSky

pw的實例pw()屬於哪個類初始化的，可以看到是class Trick

我們再看class trick是誰初始化的？ 就是元類type了

(二) 什麼是元類以及簡單運用
這一切介紹完之後我們總算可以進入正題

到底什麼是元類？通俗的就是說，元類就是創建類的類。。。這樣聽起來是不是超級抽象？

來看看這個

Trick = MetaClass()
MyObject = Trick()
上面我們已經介紹了，搞一個Trick可以直接這樣

Trick = type('Trick', (), {})
可以這樣其實就是因爲，Type實際上是一個元類，用他可以去創建類。什麼是元類剛纔說了，元類就是創建類的類。也可以說他就是一個類的創建工廠。

類上面的__metaclass__屬性，相信願意瞭解元類細節的盆友，都肯定見過這個東西，而且爲之好奇。不然我不知道是什麼支撐你看到這裏的:joy:。使用了__metaclass__這個魔法方法就意味着就會用__metaclass__指定的元類來創建類了。

class Trick(FlyToSky):
    pass
當我們在創建上面的類的時候，python做了如下的操作：

Trick中有__metaclass__這個屬性嗎？如果有，那麼Python會在內存中通過__metaclass__創建一個名字爲Trick的類對象，也就是Trick這個東西。如果Python沒有找到__metaclass__，它會繼續在自己的父類FlyToSky中尋找__metaclass__屬性，並且嘗試以__metaclass__指定的方法創建一個Trick類對象。如果Python在任何一個父類中都找不到__metaclass__，它也不會就此放棄，而是去模塊中搜尋是否有__metaclass__的指定。如果還是找不到，好吧那就是使用默認的type來創建Trick。

那麼問題來了，我們要在__metaclass__中放置什麼呢？答案是可以創建一個類的東西，type,或者任何用到type或子類化type的東西都行。

(三) 自定義元類
自定義類的的目的，我總結了一下就是攔截類的創建，然後修改一些特性，然後返回該類。是不是有點熟悉？沒錯，就是感覺是裝飾器乾的事情，只是裝飾器是修飾一個函數，同樣是一個東西進去，然後被額外加了一些東西，最後被返回。

其實除了上面談到的制定一個__metaclass__並不需要賦值給它的不一定要是正式類，是一個函數也可以。要創建一個使所有模塊級別都是用這個元類創建類的話，在模塊級別設定__metaclass__就可以了。先寫一個來試試看，我還是延用stackoverflow上面那個哥們的例子，將所有的屬性都改爲大寫的。

來看這個例子：

input:
def upper_attr(class_name, class_parents, class_attr):
    """
    返回一個對象,將屬性都改爲大寫的形式
    :param class_name:  類的名稱
    :param class_parents: 類的父類tuple
    :param class_attr: 類的參數
    :return: 返回類
    """
    # 生成了一個generator
    attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith('__'))
    uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
    return type(class_name, class_parents, uppercase_attrs)

__metaclass__ = upper_attr

pw = upper_attr('Trick', (), {'bar': 0})
print hasattr(pw, 'bar')
print hasattr(pw, 'BAR')
print pw.BAR

output:
False
True
0
可以從上面看到，我實現了一個元類(metaclass)， 然後指定了模塊使用這個元類來創建類，所以當我下面使用type進行類創建的時候，可以發現小寫的bar參數被替換成了大寫的BAR參數，並且在最後我調用了這個類屬性並，打印了它。

上面我們使用了函數做元類傳遞給類，下面我們使用一個正式類來作爲元類傳遞給__metaclass__

class UpperAttrMetaClass(type):
    def __new__(mcs, class_name, class_parents, class_attr):
        attrs = ((name, value) for name, value in class_attr.items() if not name.startswith('__'))
        uppercase_attrs = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
        return super(UpperAttrMetaClass, mcs).__new__(mcs, class_name, class_parents, uppercase_attrs)


class Trick(object):
    __metaclass__ = UpperAttrMetaClass
    bar = 12
    money = 'unlimited'

print Trick.BAR
print Trick.MONEY