Python中的元类(metaclass)

在wiki上面，metaclass是这样定义的：In object-oriented programming, a metaclass is a class whose instances are classes.

Python中对象模型如下图：



其中，实线表示 is-kind-of（派生）的关系，虚线表示 is-instance-of（实例化）的关系。

可以看出，object 是其他所有类的基类。

这里并不完整，因为元类并不只有type一个，比如enum.EnumMeta就是标准库定义的一个元类，而且也可以自己定义元类：

Python中metaclass的原理

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，然后再调用type的__init__ 方法初始化。所以 metaclass 的所有 magic 其实就在这个 __new__ 方法里面了。

一般情况下，如果你要用自定义 metaclass 的话，该类需要继承自 type，而且通常会重写 type 的 __new__ 方法来控制创建过程，对自定义类调用type() 函数的结果是

<class 'type'>

。

isinstance() 函数用来判断派生关系，type() 函数可以用来查看一个类型或变量的类型。

当用户定义一个类的时候，Python 解释器首先在当前类的定义中查找 metaclass，如果没有找到，就继续在基类中查找 metaclass，找到了，就使用它创建类，也就是说，metaclass 可以隐式地继承到子类，但子类自己却感觉不到。

一个类的定义方式可以是这样的：

class C(object, metaclass=MyMetaClass):
......

__new__，__init__，metaclass之间的关系

class的__new__ 是用来构建object的，__init__是用来在构建好object后进行初始化的，__new__ 第一个参数是class本身，__init__的第一个参数是self，self就是已经构建好的object啊，其他参数相同。

这™不就是把c++里构造函数的功能分开了嘛！然而我觉得普通类的__new__ 并没什么用，又不需要和c++似的去操纵内存，不过是一层一层调用基类的__new__ 。

关键是Python还有个metaclass啊，用来构建class，这些metaclass的基类是type。metaclass的__init__反而不重要了，只要构造出class来就行，不需要初始化。

metaclass的__new__(cls, name, bases, attrs)是长这个样子的，其中：

cls：指的是metaclass本身

name：class的名字，是一个字符串，也就是我们通常用 类名.__name__ 获得的那个

bases：class的基类组成的元组

attrs：class的属性组成的dict

什么时候构建类呢？就在类定义的时候，比如下面class X的定义：

class Meta(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
print('in Meta')
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

class X(object, metaclass=Meta):
pass
# 输出in Meta

这个定义其实是被解释器解释为

X = Meta('X', (object,), {})

的，Meta既然是metaclass，那也是class啊，所以先调用了__new__来构建X，然后调用__init__来初始化X。所以打印出了“in Meta”。

在创建类的过程，我们可以在__new__里面修改 name，bases，attrs 的值来达到我们的功能。这里常用的配合方法是 getattr 和 setattr。

另外还有一个限制，the metaclass of a derived class must be a (non-strict) subclass of the metaclasses of all its bases。