Python 面向对象之元类
【一】一切皆对象
【1】元类
- 元类（
metaclass）是Python中用于创建类的类。 - 在Python中，类是对象，而元类就是类的类
- 它们控制类的创建过程，允许你定制类的行为
- Python中内置的默认元类是type
- 我们用class关键字定义的所有类以及内置的类都是有元类type实例化产生
【2】class机制
- class是Python的关键字，目的用来创建类
- 它在底层实现类的定义本质上有四个步骤
- 获取类名
- 获取基类
- 获取类的名称空间
- 调用元类type实例化产生所定义的新类
# 使用class关键字创建
class PeaShooter(object):
owner = "戴夫"
def __init__(self, name):
self.name = name
def introduce(self):
print(f"I`m {self.name}")
print(PeaShooter.__dict__)
# {'__module__': '__main__', 'owner': '戴夫', '__init__': <function PeaShooter.__init__ at 0x000002534E353AC0>, 'introduce': <function PeaShooter.introduce at 0x000002534E639EA0>, '__dict__': <attribute '__dict__' of 'PeaShooter' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'PeaShooter' objects>, '__doc__': None}
# 使用type函数创建
# 类名
class_name = "PeaShooter"
# 基类
class_bases = (object,)
# 类的名称空间
class_dict = {}
class_body = """
owner = "戴夫"
def __init__(self, name):
self.name = name
def introduce(self):
print(f"T`m {self.name}")
"""
# 类的属性和方法存储在class_dict里面. 第二个参数{}控制代码的执行环境
exec(class_body, {}, class_dict)
# 使用type函数创建
PeaSHooter = type(class_name, class_bases, class_dict)
print(PeaSHooter.__dict__)
# {'owner': '戴夫', '__init__': <function __init__ at 0x0000017E39653E20>, 'introduce': <function introduce at 0x0000017E39783AC0>, '__module__': '__main__', '__dict__': <attribute '__dict__' of 'PeaShooter' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'PeaShooter' objects>, '__doc__': None}
【3】如何自定义元类
- 元类的作用是控制类的创建
- 也就意味着我们可以定制自己的类的具体行为
- class机制默认的元类是type（
metaclass=type）- 也就是说我们修改metaclass参数就可以自定义元类
- 元类是一切类的基石，所以我们自定义的元类就必须继承
type- 目的在于使用元类的大部分功能，仅定制我们需要的那部分功能
# 自定义元类
class MyMeta(type):
pass
# 普通的类，元类默认是type
class PeaShooter(object, metaclass=type):
pass
# 普通自定义的类，元类是Shooter
class PeaShooter(object, metaclass=Mymeta):
pass
【二】自定义元类控制自定义类
【1】实例化对象的本质
- 我们知道类的实例化会触发魔法方法
__new__、__init____new__：申请空间，创建并返回一个空对象__init__：接收new创建的空对象，并初始化这个空对象
- 我们知道实例的调用会触发魔法方法
__call____call__：当对象被调用时触发
【2】控制自定义类的类名、继承关系、名称空间
（1）讲解
# 类名
class_name = "PeaShooter"
# 类的基类
class_bases = (object, )
# 类的名称空间
class_dict = {}
# 使用元类创建类
PeaShooter1 = type(class_name, class_bases, class_dict)
# 使用自定义元类创建类
class MyMeta(type):
pass
PeaShooter2 = MyMeta(class_name, class_bases, class_dict)
type是Python的内置元类，而使用type创建类就是通过元类type进行类的实例化过程，即元类的实例化会自动触发魔法方法__init__、__new__- 使用元类type或者自定义元类MyMeta需要传入参数类名class_name、基类class_bases、名称空间class_dict
- 所以可以通过自定义的元类中的魔法方法
__init__、__new__来控制类名、基类、名称空间这些参数 - 让我们来看看代码的执行执行结果
class MyMeta(type):
def __init__(cls, what, bases, dict):
print("自定义元类的魔法方法init")
print(f"参数cls：{cls}")
print(f"参数what：{what}")
print(f"参数bases：{bases}")
print(f"参数dict：{dict}")
super().__init__(what, bases, dict)
def __new__(cls, *args, **kwargs):
print("自定义元类的魔法方法new")
print(f"参数cls：{cls}")
print(f"参数args：{args}")
print(f"参数kwargs：{kwargs}")
return super().__new__(cls, *args, **kwargs)
# 等价于 PeaShooter = MyMeta("PeaShooter", (object, ), {})
class PeaShooter(object, metaclass=MyMeta):
pass
# 自定义元类的魔法方法new
# 参数cls：<class '__main__.MyMeta'>
# 参数args：('PeaShooter', (<class 'object'>,), {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'PeaShooter'})
# 参数kwargs：{}
# 自定义元类的魔法方法init
# 参数cls：<class '__main__.PeaShooter'>
# 参数what：PeaShooter
# 参数bases：(<class 'object'>,)
# 参数dict：{'__module__': '__main__', '__qualname__': 'PeaShooter'}
（2）应用
-
要求：自定义元类来控制创建新类
-
类名必须含有射手(Shooter)
-
类名首字母大写
-
如果没有基类默认为object
-
必须要有注释文档
-
-
小坑：不可以直接使用istitle()判断首字母大写，因为这个函数会要求其他字母都是小写
class MyMeta(type):
def __init__(cls, class_name:str, class_bases, class_dict):
if "Shooter" not in class_name:
raise NameError("必须含有Shooter")
elif not class_name[0].istitle():
print(class_name, type(class_name))
raise NameError("必须首字母大写")
elif not cls.__doc__:
raise ValueError("类必须有注释文档")
if not class_bases:
class_bases = (object, )
super().__init__(class_name, class_bases, class_dict)
def __new__(cls, *args, **kwargs):
return super().__new__(cls, *args, **kwargs)
class iceShoot(metaclass=MyMeta):
pass
# NameError: 必须含有Shooter
class iceShooter(metaclass=MyMeta):
pass
# NameError: 必须首字母大写
class IceShooter(metaclass=MyMeta):
pass
# ValueError: 类必须有注释文档
class IceShooter(metaclass=MyMeta):
"""
这是寒冰射手
"""
pass
print(IceShooter.__mro__)
# (<class '__main__.IceShooter'>, <class 'object'>)
【3】控制自定义类实例化的括号内容
（1）讲解
class MyMeta(type):
def __call__(self, *args, **kwargs):
print("这是自定义元类的魔法方法call")
print(f"参数self：{self}")
print(f"参数args：{args}")
print(f"参数kwargs：{kwargs}")
return super().__call__(*args, **kwargs)
class A(metaclass=MyMeta):
def __init__(self, *args, **kwargs):
print("这是根据自定义元类创建新类的魔法方法init")
print(f"参数self：{self}")
print(f"参数args：{args}")
print(f"参数kwargs：{kwargs}")
def __call__(self, *args, **kwargs):
print("这是根据自定义元类创建新类的魔法方法call")
print(f"参数self：{self}")
print(f"参数args：{args}")
print(f"参数kwargs：{kwargs}")
a = A("bruce", age=18)
a("tom", age=16)
# 这是自定义元类的魔法方法call
# 参数self：<class '__main__.A'>
# 参数args：('bruce',)
# 参数kwargs：{'age': 18}
# 这是根据自定义元类创建新类的魔法方法init
# 参数self：<__main__.A object at 0x00000200C1787DF0>
# 参数args：('bruce',)
# 参数kwargs：{'age': 18}
# 这是根据自定义元类创建新类的魔法方法call
# 参数self：<__main__.A object at 0x00000200C1787DF0>
# 参数args：('tom',)
# 参数kwargs：{'age': 16}
- 我们来看看这个例子：
a = A("bruce", age=18)- 自定义的类（A）是根据自定义的元类（MyMeta）创建出来的
- 所以这里会执行自定义元类（MyMeta）的魔法方法
__call__ - 然后将参数传递给自定义类的魔法方法
___init__中 - 这两部内容是一样的，并且必须要有返回值，即将生成的类返回给实例a
- 综上所述：我们可以通过自定义元类（MyMeta）的魔法方法
__call__来控制自定义类的括号内容
a("tom", age=16)- 实例a使用括号调用了自定义类中的
__call__方法，这是显而易见的，不需要解释
- 实例a使用括号调用了自定义类中的
（2）应用
- 要求：自定义元类来控制创建新类
- 实例化的参数必须通过关键字参数传参
- 不能通过位置关键字传参
class MyMeta(type):
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if len(args):
raise TypeError("实例化必须通过关键字传参")
return super().__call__(*args, **kwargs)
class Student(metaclass=MyMeta):
def __init__(self, name, age):
self.name = name
self.age = age
student_one = Student("bruce", 18)
# TypeError: 实例化必须通过关键字传参
student_two = Student(name="tom", age=22)
print(student_two.name, student_two.age)
# tom 22
【三】总结
