浅析 Python 的 metaclass

注： 这是目前为止我看见的介绍 Python 的 metaclass 最为详细的文章，看完之后就可以即学即用！好东西不独享，特转载！

分享下自己对python的metaclass的知识。

一 你可以从这里获取什么？

1. 也许你在阅读别人的代码的时候碰到过metaclass，那你可以参考这里的介绍。

2. 或许你需要设计一些底层的库，也许metaclass能帮你简化你的设计（也有可能复杂化：）

3. 也许你在了解metaclass的相关知识之后，你对python的类的一些机制会更了解。

4. more......

二 metaclass的作用是什么？（感性认识）

metaclass能有什么用处，先来个感性的认识：

1. 你可以自由的、动态的修改/增加/删除 类的或者实例中的方法或者属性

2. 批量的对某些方法使用decorator，而不需要每次都在方法的上面加入@decorator_func

3. 当引入第三方库的时候，如果该库某些类需要patch的时候可以用metaclass

4. 可以用于序列化(参见yaml这个库的实现，我没怎么仔细看）

5. 提供接口注册，接口格式检查等

6. 自动委托(auto delegate)

7. more...

三 metaclass的相关知识

1. what is metaclass?

1.1 在wiki上面，metaclass是这样定义的：In object-oriented programming,

a metaclass is a class whose instances are classes.

Just as an ordinary class defines the behavior of certain objects,

a metaclass defines the behavior of certain classes and their instances.

也就是说metaclass的实例化结果是类，而class实例化的结果是instance。我是这么理解的：

metaclass是类似创建类的模板，所有的类都是通过他来create的(调用__new__)，这使得你可以自由的控制

创建类的那个过程，实现你所需要的功能。

1.2 metaclass基础

* 一般情况下, 如果你要用类来实现metaclass的话，该类需要继承于type，而且通常会重写type的__new__方法来控制创建过程。

当然你也可以用函数的方式（下文会讲）

* 在metaclass里面定义的方法会成为类的方法，可以直接通过类名来调用

2. 如何使用metaclass

2.1 用类的形式

2.1.1 类继承于type, 例如： class Meta(type):pass

2.1.2 将需要使用metaclass来构建class的类的__metaclass__属性（不需要显示声明，直接有的了）赋值为Meta（继承于type的类）

2.2 用函数的形式

2.2.1 构建一个函数，例如叫metaclass_new, 需要3个参数：name, bases, attrs，

name: 类的名字

bases: 基类，通常是tuple类型

attrs: dict类型，就是类的属性或者函数

2.2.2 将需要使用metaclass来构建class的类的__metaclass__属性（不需要显示声明，直接有的了）赋值为函数metaclas_new

3 metaclass 原理

3.1 basic

metaclass的原理其实是这样的：当定义好类之后，创建类的时候其实是调用了type的__new__方法为这个类分配内存空间，创建

好了之后再调用type的__init__方法初始化（做一些赋值等）。所以metaclass的所有magic其实就在于这个__new__方法里面了。

说说这个方法：__new__(cls, name, bases, attrs)

cls: 将要创建的类，类似与self，但是self指向的是instance，而这里cls指向的是class

name: 类的名字，也就是我们通常用类名.__name__获取的。

bases: 基类

attrs: 属性的dict。dict的内容可以是变量(类属性），也可以是函数（类方法）。

所以在创建类的过程，我们可以在这个函数里面修改name，bases，attrs的值来自由的达到我们的功能。这里常用的配合方法是

getattr和setattr（just an advice)

3.2 查找顺序

再说说关于__metaclass__这个属性。这个属性的说明是这样的：

This variable can be any callable accepting arguments for name, bases, and dict. Upon class creation, the callable is used instead of the built-in type(). New in version 2.2.(所以有了上面介绍的分别用类或者函数的方法）

The appropriate metaclass is determined by the following precedence rules:

If dict['__metaclass__'] exists, it is used.

Otherwise, if there is at least one base class, its metaclass is used (this looks for a __class__ attribute first and if not found, uses its type).

Otherwise, if a global variable named __metaclass__ exists, it is used.

Otherwise, the old-style, classic metaclass (types.ClassType) is used.

这个查找顺序也比较好懂，而且利用这个顺序的话，如果是old-style类的话，可以在某个需要的模块里面指定全局变量

__metaclass__ = type就能把所有的old-style 变成 new-style的类了。(这是其中一种trick)