元类

什么是元类？
答：类的类。

如何理解？可以这样说，我们用类来创建一个实例对象如myObject = MyClass()。事实上Python中的类也是对象（万物皆对象），所以类也需要通过类的类创建，如MyClass = MetaClass()。这个类的类（MetaClass）就是元类。

元类从哪来

通常我们用type(object)来获取一个对象的类型，如：

>>> type(512)
<class 'int'>
>>> type("zhong")
<class 'str'>

然而type()还有另一个用处：type(name, bases, dict) -> a new type，也就是用来创建一个类。一般我们都是通过class关键字来定义一个类：

class  MyClass(object):
    pass

但也可以用type动态创建一个类：

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

其实type就是一个元类。Python中所有类都是通过type来创建的。我们可以通过__class__来验证：

>>> str.__class__
<class 'type'>
>>> int.__class__
<class 'type'>
>>> object.__class__
<class 'type'>

我们自己用class定义出来的类也是如此：

>>> class MyClass(object):
    pass

>>> myObject = MyClass()
>>> myObject.__class__.__class__
<class 'type'>

type的用法

函数接口：type(name, bases, dict)

name：类名
bases：基类，接收一个元组
dict：绑定类的方法和属性

现在通过类比的方式来理解type()的使用。

第一种：利用class关键字定义类

class MyClass(object):
    def __init__(self):
        self.string = "this is a test class"

    def print_str(self):
        print(self.string)

if __name__ == "__main__":
    myObject = MyClass()
    print(myObject.string)
    myObject.print_str()

# 输出：
#this is a test class
#this is a test class

第二种：利用type创建类

string = "this is a test class"

def print_str(self):
    print(self.string)

MyClass = type(
               "MyClass",
               (object,),
               dict(string=string, print_str=print_str))

if __name__ == "__main__":
    myObject = MyClass()
    print(myObject.string)
    myObject.print_str()

# 输出：
#this is a test class
#this is a test class

创建类的过程

当我们用如下方法

class MyClass(object):
    pass

Python做了这样的操作：（1）在MyClass中寻找metaclass，如果存在，用它来创建名MyClass的类对象；（2）如果不存在，就去父类（这里是object）中找；（3）最后都没找到，利用Python内置的type()创建这个类对象

注：在Python2中，如果没在父类中找到metaclass会去模块层次中寻找，但似乎Pythony3里取消了，这里留疑

metaclass的使用

比如，我们想给自己定义的类添加author属性，即所有实例化的对象都可以执行语句：a.author来获取作者信息，实现代码如下：

def upper_attr(name, bases, attrs):
    # 增加author信息
    attrs.update({"author":"Guan"})
    # 返回一个类的类
    return type(name, bases, attrs)

# metaclass的使用方法
class MyClass(object, metaclass=upper_attr):
    pass


if  __name__ == "__main__":
    myObj = MyClass()
    print(myObj.author)

# 输出：
#Guan

事实上，更建议metaclass对接一个自定义的元类，而不是函数

# 需要继承自type
class MyMetaClass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        attrs.update({"author":"Guan"})
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)


class MyClass(object, metaclass=MyMetaClass):
    pass


if  __name__ == "__main__":
    myObj = MyClass()
    print(myObj.author)

# 输出
#Guan

元类的作用

元类的主要目的是为了当创建类时能够自动地改变类。正如我前边的列子，创建的每一个类都能够自动添加author属性。

感谢

参考伯乐在线（深刻理解Python中的元类(metaclass)）
参考廖雪峰（使用元类）
参考知乎专栏（一步步理解Python中的元类metaclass）

有关心情

Guan