python中的元類 metaclass

在python中，類(class)本身也是一個實例對象, 它的類型則是元類, 如果沒有指明, 則自定義類的類型是type. 換言之, 我們所定義的普通類都是type的實例對象, 如果一個類繼承了type, 那么這個類就是元類.

1. 什么是元類

一個類繼承了type，那么這個類就是元類

class A(type):

pass

A就是一個元類，元類能用來做什么呢，應該說，絕大多數時候都用不上元類，如果你想使用元類，請確保你非常理解它

2. 元類的__new__方法

在定義一個類時，指定metaclass，就意味著這個類將有所指定的metaclass來創建

class MyMeta(type):

def __new__(cls, *args, **kwargs):

_class = super().__new__(cls, *args, **kwargs)

print(_class.__name__)

return _class

class Animal(metaclass=MyMeta):

def __init__(self, name):

self.name = name

類MyMeta是元類，在定義Animal這個類時，我指定了它的元類是MyMeta，因此，類Animal將由MyMeta的__new__方法來創建，換一個角度來描述，類Animal是類MyMeta的實例對象。在MyMeta的__new__方法中，我使用print語句輸出了__class的__name__屬性，理論分析告訴我們，這個值應該是Animal， 實際結果也確實是如此。

元類是用來創建普通類(自定義類)的，我們可以利用元類對普通類進行一些限制和要求，比如，我們可以要求所有繼承Animal的類必須擁有run方法

from inspect import isfunction

class MyMeta(type):

def __new__(cls, *args, **kwargs):

_class = super().__new__(cls, *args, **kwargs)

if _class.__name__ != 'Animal':

if not hasattr(_class, 'run') or not isfunction(getattr(_class, 'run')):

raise Exception('類{name}沒有實現run方法'.format(name=_class.__name__))

return _class

class Animal(metaclass=MyMeta):

def __init__(self, name):

self.name = name

class Cat(Animal):

def __init__(self, name):

super().__init__(name)

cat = Cat('加菲貓')

類Cat繼承了Animal，那么它的元類也是MyMeta，在MyMeta的__new__方法里將創建出類Cat，創建以后會檢查類Cat是否有run屬性且該屬性是一個函數，如果不滿足條件則拋出異常。如果類Cat實現了run方法，那么上述代碼將正常執行

class Cat(Animal):

def __init__(self, name):

super().__init__(name)

def run(self):

print('run')

cat = Cat('加菲貓')

cat.run()

我們務必想清楚一點，盡管我們在腳本里使用class定義了類Cat, 但并不是真正的創建了類Cat,我們所寫的代碼僅僅是一個定義，創建的過程使用元類MyMeta來完成的。

3. 元類的__init__方法

元類的__new__負責構建普通類，__init__負責對這個普通類進行初始化

from inspect import isfunction

class MyMeta(type):

def __new__(cls, *args, **kwargs):

_class = super().__new__(cls, *args, **kwargs)

if _class.__name__ != 'Animal':

if not hasattr(_class, 'run') or not isfunction(getattr(_class, 'run')):

raise Exception('類{name}沒有實現run方法'.format(name=_class.__name__))

return _class

def __init__(self, *args, **kwargs):

super().__init__(*args, **kwargs)

self.home = 'earth'

class Animal(metaclass=MyMeta):

def __init__(self, name):

self.name = name

class Cat(Animal):

def __init__(self, name):

super().__init__(name)

def run(self):

print('run')

print(Animal.home)

print(Cat.home)

在元類的__init__方法里，self參數就是我們所創建的類，Animal和Cat， 我們為他們增加了類屬性home， 重載__init__方法，可以更加優雅的實現單例模式

class Singleton(type):

def __init__(self, *args, **kwargs):

self.__instance = None

super().__init__(*args, **kwargs)

def __call__(self, *args, **kwargs):

if self.__instance is None:

self.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)

return self.__instance

else:

return self.__instance

class FileLock(metaclass=Singleton):

pass

file_lock_1 = FileLock()

file_lock_2 = FileLock()

print(file_lock_1 is file_lock_2)

4. 元類的__call__方法

class MyMeta(type):

def __call__(self, *args, **kwargs):

raise TypeError('不能創建實例')

class FileTool(metaclass=MyMeta):

@staticmethod

def iter_folder(path):

print('遍歷文件夾')

ft = FileTool()

上面的代碼執行會報錯

Traceback (most recent call last):

File "/Users/kwsy/kwsy/coolpython/demo.py", line 13, in

ft = FileTool()

File "/Users/kwsy/kwsy/coolpython/demo.py", line 5, in __call__

raise TypeError('不能創建實例')

TypeError: 不能創建實例

類FileTool是元類MyMeta的一個示例，那么當執行FileTool()時，不正是在調用元類MyMeta的__call__方法么，而MyMeta的__call__方法偏偏拋出一個類型異常，這就導致FileTool不能被實例化，我們只能使用它的靜態方法。

重載元類的__call__方法和類cat的__del__方法可以讓我們控制類的實例化過程，我們可以控制一個類的實例數量

class MyMeta(type):

def __init__(self, *args, **kwargs):

self.instance_count = 0

super().__init__(*args, **kwargs)

def __call__(self, *args, **kwargs):

if self.instance_count < 3:

self.instance_count += 1

return type.__call__(self, *args, **kwargs)

else:

raise Exception("類{name}的實例總數超出限制".format(name=self.__name__))

def __del__(self):

self.instance_count -= 1

class Cat(metaclass=MyMeta):

def __init__(self, name):

self.name = name

def __del__(self):

Cat.instance_count -= 1

c1 = Cat('c1')

c2 = Cat('c2')

c3 = Cat('c3')

c4 = Cat('c4')

上面的代碼中，當創c4的時候會拋出異常，因為實例的數量已經達到上限，想要創建c4，必須銷毀一個之前創建的對象實例

c1 = Cat('c1')

c2 = Cat('c2')

c3 = Cat('c3')

del c1

c4 = Cat('c4')

銷毀c1時，類屬性instance_count執行了減一操作，因此可以創建出c4。

5.小結

以上示例代碼，不保證有工程實踐意義，純粹是為了講解元類的功能作用而認為制造出來的，坦率的講，在實際工作中，幾乎用不到元類，但我仍然秉持一個觀點：面試造火箭，工作擰螺絲的意義在于，能造火箭的人必然牛逼，你可以放心的把擰螺絲的工作交給他，至于是否浪費資源，如果你不會造火箭，那么請慎言，這還不是你這個層次所能討論的問題。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的python元类_python中的元类 metaclass的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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