响应式网站源代码,网站是用什么程序做的,到底什么才是网络营销,wordpress主题无法显示提问者自称已经掌握了有关Python OOP编程中的各种概念#xff0c;但始终觉得元类(metaclass)难以理解。他知道这肯定和自身有关#xff0c;但仍然觉得不太明白#xff0c;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#xff0c;以及在什么情况下需要进行元编程。
…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。他知道这肯定和自身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。
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中这一点仍然成立例
class ObjectCreator(object):
pass
my_object ObjectCreator()
print my_object
上面代码的执行结果
__main__.ObjectCreator object at 0x00000000033D0390
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classPython解释器在执行的时候就会创建一个对象。
例
class ObjectCreator(object):
pass
上面的的代码段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
你可以将它赋值给一个变量
你可以拷贝它
你可以为它增加属性
你可以将它作为函数参数进行传递
示例print ObjectCreator # 你可以打印一个类因为它其实也是一个对象def echo(o):
… print o
…echo(ObjectCreator) # 你可以将类做为参数传给函数print hasattr(ObjectCreator, new_attribute)
FasleObjectCreator.new_attribute foo # 你可以为类增加属性print hasattr(ObjectCreator, new_attribute)
Trueprint ObjectCreator.new_attribute
fooObjectCreatorMirror ObjectCreator # 你可以将类赋值给一个变量print ObjectCreatorMirror()
__main__.ObjectCreator object at 0x000000000204D390
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def choose_class(name):
… if name foo:
… class Foo(object):
… pass
… return Foo # 返回的是类不是类的实例
… else:
… class Bar(object):
… pass
… return Bar
…MyClass choose_class(foo)print MyClass # 函数返回的是类不是类的实例print MyClass() # 你可以通过这个类创建类实例也就是对象
__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print type(1)print type(1)print type(ObjectCreator)print type(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
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)
代码示例class MyShinyClass(object):
… pass
可以手动像这样创建MyShinyClass type(MyShinyClass, (), {}) # 返回一个类对象print MyShinyClassprint MyShinyClass() # 创建一个该类的实例
__main__.MyShinyClass object at 0x00000000034D8390
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class Foo(object):
… bar True
可以翻译为Foo type(Foo, (), {bar:True})
并且可以将Foo当成一个普通的类一样使用
class Foo(object):
bar True
Foo type(Foo, (), {bar: True})
print Foo
print Foo()
print Foo.bar
f Foo()
print f
print f.bar
执行结果当然你可以向这个类继承所以如下的代码class FooChild(Foo):
… pass
就可以写成FooChild type(FooChild, (Foo,),{})print FooChildprint FooChild.bar # bar属性是由Foo继承而来
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。def echo_bar(self):
... print(self.bar)
...FooChild type(FooChild, (Foo,), {echo_bar: echo_bar})hasattr(Foo, echo_bar)
Falsehasattr(FooChild, echo_bar)
Truemy_foo FooChild()my_foo.echo_bar()
True
你可以在动态创建类之后添加更多的方法就像向通常创建的类对象添加方法一样。def echo_bar_more(self):
... print(yet another method)
...FooChild.echo_bar_more echo_bar_morehasattr(FooChild, echo_bar_more)
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。
什么是元类
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了Python中的类也是对象这个概念。
所以我们可以这样理解元类就是用来创建这些类对象的元类就是类的类。
MyClass MetaClass()
MyObject MyClass()
你已经看到了type可以让你像这样做
MyClass type(MyClass, (), {})
这是因为函数type实际上是一个元类。type就是Python在背后用来创建所有类的元类。
那为什么type会全部采用小写形式而不是Type呢可能这是为了和str保持一致性str是用来创建字符串对象的类而int是用来创建整数对象的类。type就是创建类对象的类。我们可以通过检查__class__属性来看到这一点。
Python中所有的一切都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象而且它们都是从一个类创建而来。age 35age.__class__name bobname.__class__def foo(): passfoo.__class__class Bar(object): passb Bar()b.__class__现在对于任何一个__class__的__class__属性又是什么呢age.__class__.__class__name.__class__.__class__foo.__class__.__class__b.__class__.__class__因此元类只是创建类对象的东西。
如果你愿意你可以称之为“类工厂”。
type就是Python的内建元类当然了你也可以创建自己的元类。
__metaclass__属性
你可以在创建一个类的时候为其添加__metaclass__属性。
class Foo(object):
__metaclass__ something...
[...]
如果按照上面的代码引入__metaclass__属性Python将使用元类创建类Foo。
你首先写下class Foo(object)但是类对象Foo还没有在内存中创建。Python会在类的定义中寻找__metaclass__属性如果找到了Python就会用它来创建类Foo如果没有找到就会用内建的type来创建这个类。
又一个例子
class Foo(Bar):
pass
Python做了如下的操作
Foo中有__metaclass__这个属性吗
如果是Python会在内存中通过__metaclass__创建一个名字为Foo的类对象。
如果Python没有找到__metaclass__它会继续在Bar父类中寻找__metaclass__属性并尝试做和前面同样的操作。
如果Python在任何父类中都找不到__metaclass__它就会在模块层次中去寻找__metaclass__并尝试做同样的操作。
如果还是找不到__metaclass__,Python就会用内置的type来创建这个类对象。
现在的问题就是你可以在__metaclass__中放置些什么代码呢答案就是可以创建一个类的东西。
那么什么可以用来创建一个类呢type或者任何使用到type或者子类化type的东东都可以。
自定义元类
元类的主要目的就是为了当创建类时能够自动地改变类。通常你会为API做这样的事情你希望可以创建符合当前上下文的类。
假想一个很简单的例子你决定在你的模块里所有的类的属性都应该是大写形式。有好几种方法可以办到但其中一种就是通过在模块级别设定__metaclass__。采用这种方法这个模块中的所有类都会通过这个元类来创建我们只需要告诉元类把所有的属性都改成大写形式就万事大吉了。
幸运的是__metaclass__实际上可以被任意调用它并不需要是一个正式的类某些名字里带有‘class’的字符串并不需要是一个class。所以我们这里就先以一个简单的函数作为例子开始。
def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):返回一个类对象将属性都转为大写形式# 选择所有不以__开头的属性
uppercase_attr {}
for name, val in future_class_attr.items():
if not name.startswith(__):
uppercase_attr[name.upper()] val
else:
uppercase_attr[name] val
# 通过type来做类对象的创建
return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)
__metaclass__ upper_attr # 它会作用到这个模块中的所有类
class Foo():
# 我们也可以只在这里定义__metaclass__这样就只会作用于这个类中
bar bip
print hasattr(Foo, bar)
# 输出: False
print hasattr(Foo, BAR)
# 输出:True
f Foo()
print f.BAR
# 输出:bip
现在让我们再做一次这一次用一个真正的class来当做元类
class UpperAttrMetaClass(type):# type实际上是一个类就像str和int一样 , 所以你可以从type继承
# __new__ 是在__init__之前被调用的特殊方法
# __new__是用来创建对象并返回之的方法
# 而__init__只是用来将传入的参数初始化给对象
# 你很少用到__new__除非你希望能够控制对象的创建
# 这里创建的对象是类我们希望能够自定义它所以我们这里改写__new__
# 如果你希望的话你也可以在__init__中做些事情
# 还有一些高级的用法会涉及到改写__call__特殊方法但是我们这里不用def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
uppercase_attr {}
for name, val in future_class_attr.items():
if not name.startswith(__):
uppercase_attr[name.upper()] val
else:
uppercase_attr[name] val
return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)
但是这种方式其实不是OOP。我们直接调用了type而且我们没有改写父类的__new__方法。现在让我们这样去处理:
class UpperAttrMetaclass(type):
def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
uppercase_attr {}
for name, val in future_class_attr.items():
if not name.startswith(__):
uppercase_attr[name.upper()] val
else:
uppercase_attr[name] val
# 复用type.__new__方法
# 这就是基本的OOP编程没什么魔法
return type.__new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)
你可能已经注意到了有个额外的参数upperattr_metaclass这并没有什么特别的。类方法的第一个参数总是表示当前的实例就像在普通的类方法中的self参数一样。
当然为了清晰起见这里的名字我起的比较长。但是就像self一样所有的参数都有它们的传统名称。
真实的产品代码中一个元类应该是像这样的
class UpperAttrMetaclass(type):
def __new__(cls, clsname, bases, dct):
uppercase_attr {}
for name, val in dct.items():
if not name.startswith(__):
uppercase_attr[name.upper()] val
else:
uppercase_attr[name] val
return type.__new__(cls, clsname, bases, uppercase_attr)
如果使用super方法的话我们还可以使它变得更清晰一些这会缓解继承是的你可以拥有元类从元类继承从type继承
class UpperAttrMetaclass(type):
def __new__(cls, clsname, bases, dct):
uppercase_attr {}
for name, val in dct.items():
if not name.startswith(__):
uppercase_attr[name.upper()] val
else:
uppercase_attr[name] val
return super(UpperAttrMetaclass, cls).__new__(cls, clsname, bases, uppercase_attr)
就是这样除此之外关于元类真的没有别的可说的了。使用到元类的代码比较复杂这背后的原因倒并不是因为元类本身而是因为你通常会使用元类去做一些晦涩的事情依赖于自省控制继承等等。
确实用元类来搞些“黑暗魔法”是特别有用的因而会搞出些复杂的东西来。但就元类本身而言它们其实是很简单的
拦截类的创建
修改类
返回修改之后的类
为什么要用metaclass类而不是函数?
由于__metaclass__可以接受任何可调用的对象那为何还要使用类呢因为很显然使用类会更加复杂啊这里有好几个原因
意图会更加清晰。当你读到UpperAttrMetaclass(type)时你知道接下来要发生什么。
你可以使用OOP编程。元类可以从元类中继承而来改写父类的方法。元类甚至还可以使用元类。
你可以把代码组织的更好。当你使用元类的时候肯定不会是像我上面举的这种简单场景通常都是针对比较复杂的问题。将多个方法归总到一个类中会很有帮助也会使得代码更容易阅读。
你可以使用__new__, __init__以及__call__这样的特殊方法。它们能帮你处理不同的任务。就算通常你可以把所有的东西都在__new__里处理掉有些人还是觉得用__init__更舒服些。
究竟为什么要使用元类
“元类就是深度的魔法99%的用户应该根本不必为此操心。如果你想搞清楚究竟是否需要用到元类那么你就不需要它。那些实际用到元类的人都非常清楚地知道他们需要做什么而且根本不需要解释为什么要用元类。” —— Python界的领袖 Tim Peters
元类的主要用途是创建API。一个典型的例子是Django ORM。它允许你像这样定义
class Person(models.Model):
name models.CharField(max_length30)
age models.IntegerField()
但是如果你像这样做
guy Person(namebob, age35)
print(guy.age)
这并不会返回一个IntegerField对象而是会返回一个int甚至可以直接从数据库中取出数据。这是有可能的因为models.Model定义了__metaclass__ 并且使用了一些魔法能够将你刚刚定义的简单的Person类转变成对数据库的一个复杂hook。Django框架将这些看起来很复杂的东西通过暴露出一个简单的使用元类的API将其化简通过这个API重新创建代码在背后完成真正的工作。
结语
首先你知道了类其实是能够创建出类实例的对象。事实上类本身也是实例当然它们是元类的实例。class Foo(object):passprint id(Foo)
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Python中的一切都是对象它们要么是类的实例要么是元类的实例除了type。
type实际上是它自己的元类在纯Python环境中这可不是你能够做到的这是通过在实现层面耍一些小手段做到的。
