python元類淺析

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在 python 的新式類中，元類可能是最難以理解的功能之一了，不僅元類這個概念難以理解，而且很多講解和闡述也是說得雲裡霧裡，我看過很多很多篇關於元類和 metaclass 的介紹，但是依舊不是很懂，知道我硬著頭皮看了兩篇官方的解析之後，才有點理解了，本文我將嘗試以一個比較簡單的角度來介紹元類，希望不會像我看過的文章一樣讓讀者也在雲裡霧裡。

什麼是元類

可能我們在學習 Python 的過程中，我們經常會聽過一個概念，那就是“在Python 中，一切都是物件”，那麼類呢？類也是物件麼？是的，類也是物件，那麼類既然是物件的話，它是誰的物件？

這個概念可能有點拗口，但是，事實上類是元類的物件，也就是類的類。元類的例項是類，類的例項是物件，就這麼簡單，我們可以這麼驗證：

奇怪了對吧，對於 3 中的 a 的型別是 A，我們毫無異議，但是 A 的型別是 type 是什麼回事，那我們就反推一下，是不是可以這麼理解：

對，就是這麼理解，我們稱 a 是類 A 的物件，那麼，我們也要稱 A 是 type 的物件，那麼我們就可以將這裡的 type 理解為類的類，也就是大家所說的 元類 了。根據 Python 的官方文件^[3]，完整的構造形式是這樣的：

A = type('A', (object, ), dict({}))

class type(name, bases, dict)
With one argument, return the type of an object. The return value is a type object and generally the same object as returned by object.class.

The isinstance() built-in function is recommended for testing the type of an object, because it takes subclasses into account.

With three arguments, return a new type object. This is essentially a dynamic form of the class statement. The name string is the class name and becomes the __name__ attribute; the bases tuple itemizes the base classes and becomes the __bases__ attribute; and the dict dictionary is the namespace containing definitions for class body and is copied to a standard dictionary to become the __dict__ attribute. For example, the following two statements create identical type objects:

元類何時用

雖然，剛才演示的是用 type 來構造類，但是，這並不是 Python 的常用用法，因為這種用法比較麻煩，而且侷限性比較大。既然是類的類，我們從上面看到，他可以建立類，那麼，能不能不建立類，而只修改類的屬性呢？事實上，Python 是可以的，根據 Python 官方文件^[4] 所描述，預設情況下，類似通過 type() 來構建的；但是我們也可以通過在定義類的時候指定 metaclass 引數，來修改類的建立過程：

如何確定元類

可能你會奇怪，還需要知道如何確定元類？一個類的元類不是很明確嗎？不一定哦，就以我們上面一個例子來說，我們可以很明確知道 MyClass 的元類是 Meta，那麼 MySubclass 的元類呢？好像一下子不能肯定得答上來，下面再看看別人怎麼說，還是參考文件^[4]：

The appropriate metaclass for a class definition is determined as follows:

• if no bases and no explicit metaclass are given, then type() is used
• if an explicit metaclass is given and it is not an instance of type(), then it is used directly as the metaclass
• if an instance of type() is given as the explicit metaclass, or bases are defined, then the most derived metaclass is used

根據這些規則，我們就可以清晰得知道，我們的 MySubclass 的元類就是 Meta，基於的是第三條規則！

元類怎麼用

和 type 一樣，其實我們剛才也看到了，元類定義的時候通常傳遞三個引數，分別是：

• 類名
• 從基類繼承資料的元素
• 屬性字典

這裡再舉個很簡單的例子：

都不用建立例項，只需要定義一個類，我們就可以看到一些輸出：

這就是元類，可以發現元類是傳遞了三個引數，分別是：類名/基類列表和屬性字典。

元類實戰

那麼，元類到底有什麼用呢？用處其實有很多，我就不自己寫例項了，不然可能就會脫離實際，讓大家說沒有意義，要就來個實際的應用，就以 Flask 為例吧，看下 Flask 裡面是如何應用 元類 的，我看的是 Flask 0.12.2 版本，這個版本里面只用了一處的 元類，那就是 View 類裡面，程式碼為：

這裡的用法比較奇特，它並沒有用到我們上面提到的兩種方法中的任何一種，反而是在 Line 9 中使用 type.new，構建了一個例項作為 MethodView 的父類，這種方法在參考資料 ^[5] 中作了詳細介紹。之所以用這種方式，是因為這種方式更加 OOP，因為我們可以在之前的例子裡面看到：

class MyClass(metaclass=Meta)

一點也不 OOP，因為無論是在 Java 中還是在 C++ 中，好像都沒有說繼承列表裡面帶引數名的吧？

Reference

1. Core Python
2. Understanding Python metaclasses
3. Python Docs
4. Customizing Class Creation
5. What is a metaclass in Python?
6. What is a metaclass in Python? 中文