python黑魔法之metaclass

最近了解了一下python的metaclass，在学习的过程中，把自己对metaclass的理解写出来和大家分享。

首先， metaclass 中文叫元类，这个元类怎么来理解呢。我们知道，在Python中，一切都是对象。我们定义一个类，然后实例化，得到了一个类的实例对象。我们可以把类理解成创建实例对象的模板。其实，这个模板，也就是类本身，也是一个对象。既然类也是对象，那么我们就可以对他进行很多操作。比如，把类作为函数的参数，创建类的引用等等。那么创建类的模板，就是元类。

在Python中，我们很早就接触了一个函数 type，用来返回对象的类型。比如

In [1]: print(type(1))
<type 'int'>
In [2]: print(type(""))
<type 'str'>
In [3]: def foo():pass
In [4]: print (type(foo))
<type 'function'>
In [5]: class Foo():pass
In [6]: print(type(Foo()))
<type 'instance'>
In [7]: print(type(Foo))
<type 'classobj'>

其实 type函数还有另外一个用处，那就是用来创建类，用法就是

type(classname,(superclassname,),{attrs}),我们来看一下：

MyClass = type("MyClass",(),{})

其实等效于

class MyClass():
    pass

我们说过，metaclass是创建类的类，所以，type就是一个metaclass。我们来验证一下

In [23]: age.__class__
Out[23]: int
In [24]: name.__class__
Out[24]: str
In [25]: MyClass().__class__
Out[25]: __main__.MyClass
In [26]: MyClass().__class__.__class__
Out[26]: type
In [29]: age.__class__.__class__
Out[29]: type
In [30]: name.__class__.__class__
Out[30]: type

type是内置的metaclass，我们也可以自己定义自己的元类。在定义类的时候，定义 __metaclass__属性，这种情况下，Python就会使用metaclass 来创建类。具体模式如下：

在创建类时，Python会寻找有没有定义__metaclass__，如果有，就用定义好的metaclass来创建类。

如果在当前类找不到 __metaclass__，Python会在当前模块下寻找__metaclass__

如果还是找不到，Python会寻找当前类第一个父类的__metaclass__,直到最后的内建函数type()

那么__metaclass__定义到底是什么呢？

是任何能够创建类的，比如type或者type的子类

所以metaclass的目的在类创建的时候自动的修改类，举个例子，我们想把一个类里所有的属性前面都加一个my_前缀，使用metaclass的方式就比较简单

class MyAttrMetaclass(type):
    def __new__(cls, clsname, bases,dct):
        my_attr = {}
        for name, val in dct.items():
            if not name.startswith('__'):
                my_attr["my_"+name] = val
            else:
                my_attr[name] = val
        return type.__new__(cls, clsname, bases, my_attr)

class Foo():
    __metaclass__= MyAttrMetaclass
    test_age = 1
    test_name = "test"

print(hasattr(Foo,"test_age"))
False
print(hasattr(Foo,"my_test_age"))
True

可以看到通过元类的方式，我们的类Foo的属性被修改了。

最后一个问题就是我们在什么情况下会用到metaclass呢？

常见的例子有Django ORM 的Model类，

我们定义一个Person类集成Model

class Person(Model):
  name = models.CharField(max_length=30)
  age = models.IntegerField()

p = person(name="haha",age="31")

p.age 返回的是int 而不是IntegerField()，这就是因为在Model中使用的metaclass动态修改类

本文总结了黑魔法metaclass的定义，用法，主要参考了http://stackoverflow.com/questions/100003/what-is-a-metaclass-in-python