Python中元类

元类(metaclass)

简单地说，元类就是一个能创建类的类，而类class 是由type创建的，class可以创建对象

1.type动态创建类：

def __init__(cls, what, bases=None, dict=None): 
      # known special case of type.__init__
        """
        type(object_or_name, bases, dict)
        type(object) -> the object's type
        type(name, bases, dict) -> a new type
        # (copied from class doc)
        """
        pass

从type源码可以看出，type接受3个参数，第一个是要创建的类名，第二个参数是接受一个tuple(这个类所继承的基类)，第三个参数接受一个dict(这个类的属性)

class BaseResource:
    def check_resource(self):
        return "base class"

def paper_edit(self):
    return "edit paper..."

if __name__=="__main__":
    Paper = type(
        "Paper",
        (BaseResource,),
        {
            "name":"paper_name",
            "paper_edit":paper_edit
        }
    )
    paper = Paper()
    print(paper.check_resource())
    print(paper.name)
    print(paper.paper_edit())

result：

base class
paper_name
edit paper...

上例可以看到，使用type创建了Paper类，BaseResource是Paper的基类，paper有name属性和paper_edit方法

2.metaclass控制类对象的生成

对于python中类的实例化过程

　　(1). 首先寻找类中的metaclass

　　(2).如果找不到则找其父类的metaclass

　　(3).如果父类也找不到metaclass，则找其模块中的如抽象类找abc模块的抽象类详见：Python抽象类

　　(4).在都找不到metaclass的情况下，使用type生成类

class BaseMetaClass(type):
    def __new__(cls, name, bases, dict_agrs):
        upper_dict = dict(
            (arg_name.upper(), arg_val)
            for arg_name, arg_val in dict_agrs.items()
        )
        return super().__new__(cls, name, bases, upper_dict)


class Paper(metaclass=BaseMetaClass):
    name = "aaa"


print("hasattr(Paper, 'name'):{}".format(hasattr(Paper, 'name')))
print("hasattr(Paper, 'NAME'):{}".format(hasattr(Paper, 'NAME')))

BaseMetaClass的父类是type，实现了type的__new__方法，将type()方法的第三个参数(类的属性)做属性名大写转换， Paper类中定义了metaclass，在生成Paper类前会先去执行metaclass，即name="Paper" bases=() dict_agrs = {"name":"aaa"}, dict_agrs 执行大写转换后变成 {"NAME":"aaa"},即：Paper = type("Paper" ,() ,{"NAME":"aaa"})

result

hasattr(Paper, 'name'):False
hasattr(Paper, 'NAME'):True

3.使用元类实现单例模式

 1 class SingletonMetaClass(type):
 2     __instance = None
 3 
 4     def __call__(cls, *args, **kwargs):
 5         if cls.__instance is None:
 6             cls.__instance = super().__call__(*args, **kwargs)
 7         print(cls.__instance)
 8         return cls.__instance
 9 
10 
11 class Singleton(metaclass=SingletonMetaClass):
12     pass
13 
14 singleton1 = Singleton()
15 singleton2 = Singleton()
16 print(id(singleton1))
17 print(id(singleton2))

Singleton类在生成时先调用SingletonMetaClass，Singleton作为SingletonMetaClass的一个实例，
执行Singleton()时，会调用__call__方法(__call__让实例能像函数一样调用)，__call__在Singleton类实例化(__new__和__init)之前调用，执行Singleton2时，直接返回之前存储在类属性cls._instance中的实例。

result

<__main__.Singleton object at 0x7fbd720fd978>
<__main__.Singleton object at 0x7fbd720fd978>
140451639187832
140451639187832