元类

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什么是元类

二、什么是元类

在python中一切皆对象，那么我们用class关键字定义的类本身也是一个对象，负责产生该对象的类称之为元类，即元类可以简称为类的类

class Foo:  # Foo=元类()
    pass

为什么用元类

元类是负责产生类的，所以我们学习元类或自定义类的目的：是为了控制类的产生过程，还可以控制对象的产生过程

内置函数exec

cmd='''
x=1
print('exec函数在此')
def func(self):
    pass
'''
class_dic={}
exec(cmd,{},class_dic)
print(class_dic)

该内置方法的作用是把cmd字符串中的代码以键对值的形式放到字典中

class创建类

如果说类也是对象，那么用class关键字的去创建类的过程也是一个实例化的过程，该实例化的目的是为了得到一个类，调用的是元类
用class关键字创建一个类，用的默认的元类type，因此以前说不要用type作为类别判断

class People:  # People=type(...)
    country = 'China'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)
print(type(People))
<class 'type'>

type实现

cmd='''
x=1
print('exec函数在此')
def func(self):
    pass
'''
class_dic={}
exec(cmd,{},class_dic)
People=type('People',(object,),class_dic)
print(People__name__)

自定义元类

class yuan(type):
    def __init__(self,name,bases,dic):
        if name.startswith('sb'):
            raise Exception('不能以sb开头')
        print(name)
class sbPerson(object,metaclass=yuan):
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def print_age(self):
        print(self.age)

p=sbPerson('nick',19)

使用自定义的元类

class Mymeta(type):  # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        print('self:', self)  # 现在是People
        print('class_name:', class_name)
        print('class_bases:', class_bases)
        print('class_dic:', class_dic)
        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,
                                     class_dic)  # 重用父类type的功能

分析用class自定义类的运行原理（而非元类的的运行原理）：
1. 拿到一个字符串格式的类名class_name='People'
2. 拿到一个类的基类们class_bases=(obejct,)
3. 执行类体代码，拿到一个类的名称空间class_dic={...}
4. 调用People=type(class_name,class_bases,class_dic)

class People(object, metaclass=Mymeta):  # People=Mymeta(类名,基类们,类的名称空间)
    country = 'China'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)
self: <class '__main__.People'>
class_name: People
class_bases: (<class 'object'>,)
class_dic: {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'People', 'country': 'China', '__init__': <function People.__init__ at 0x10a0bcbf8>, 'eat': <function People.eat at 0x10a0bc2f0>}

自定义元类控制类的产生过程，类的产生过程其实就是元类的调用过程
我们可以控制类必须有文档，可以使用如下的方式实现

class Mymeta(type):  # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        if class_dic.get('__doc__') is None or len(
                class_dic.get('__doc__').strip()) == 0:
            raise TypeError('类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空')
        if not class_name.istitle():
            raise TypeError('类名首字母必须大写')
        super(Mymeta, self).__init__(class_name, class_bases,
                                     class_dic)  # 重用父类的功能
try:

    class People(object, metaclass=Mymeta
                 ):  #People  = Mymeta('People',(object,),{....})
        #     """这是People类"""
        country = 'China'

        def __init__(self, name, age):
            self.name = name
            self.age = age

        def eat(self):
            print('%s is eating' % self.name)
except Exception as e:
    print(e)
类中必须有文档注释，并且文档注释不能为空

_ _ call _ _

要想让obj这个对象变成一个可调用的对象，需要在该对象的类中定义一个方法、、__call__方法，该方法会在调用对象时自动触发

class Foo:
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(args)
        print(kwargs)
        print('__call__实现了，实例化对象可以加括号调用了')


obj = Foo()
obj('nick', age=18)
('nick',)
{'age': 18}
__call__实现了，实例化对象可以加括号调用了

_ _ new _ _

我们之前说类实例化第一个调用的是__init__，但__init__其实不是实例化一个类的时候第一个被调用的方法。当使用 Persion(name, age) 这样的表达式来实例化一个类时，最先被调用的方法其实是 new 方法。

__new__方法接受的参数虽然也是和__init__一样，但__init__是在类实例创建之后调用，而 __new__方法正是创建这个类实例的方法。

注意：new() 函数只能用于从object继承的新式类。

class A:
    pass


class B(A):
    def __new__(cls):
        print("__new__方法被执行")
        return cls.__new__(cls)

    def __init__(self):
        print("__init__方法被执行")


b = B()

自定义元类控制的实例化

class Mymeta(type):
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(self)  # self是People
        print(args)  # args = ('nick',)
        print(kwargs)  # kwargs = {'age':18}
        # return 123
        # 1. 先造出一个People的空对象，申请内存空间
        # __new__方法接受的参数虽然也是和__init__一样，但__init__是在类实例创建之后调用，而 __new__方法正是创建这个类实例的方法。
        obj = self.__new__(self)  # 虽然和下面同样是People，但是People没有，找到的__new__是父类的
        # 2. 为该对空对象初始化独有的属性
        self.__init__(obj, *args, **kwargs)
        # 3. 返回一个初始化好的对象
        return obj

People = Mymeta()，People()则会触发__call__

class People(object, metaclass=Mymeta):
    country = 'China'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def eat(self):
        print('%s is eating' % self.name)


#     在调用Mymeta的__call__的时候，首先会找自己（如下函数）的，自己的没有才会找父类的
#     def __new__(cls, *args, **kwargs):
#         # print(cls)  # cls是People
#         # cls.__new__(cls) # 错误，无限死循环，自己找自己的，会无限递归
#         obj = super(People, cls).__new__(cls)  # 使用父类的，则是去父类中找__new__
#         return obj

类的调用，即类实例化就是元类的调用过程，可以通过元类Mymeta的__call__方法控制
分析：调用Pepole的目的
1. 先造出一个People的空对象
2. 为该对空对象初始化独有的属性
3. 返回一个初始化好的对象

obj = People('nick', age=18)
<class '__main__.People'>
('nick',)
{'age': 18}
print(obj.__dict__)
{'name': 'nick', 'age': 18}

属性查找顺序

结合python继承的实现原理+元类重新看属性的查找应该是什么样子呢？？？

在学习完元类后，其实我们用class自定义的类也全都是对象（包括object类本身也是元类type的一个实例，可以用type(object)查看），我们学习过继承的实现原理，如果把类当成对象去看，将下述继承应该说成是：对象OldboyTeacher继承对象Foo，对象Foo继承对象Bar，对象Bar继承对象object

class Mymeta(type):  # 只有继承了type类才能称之为一个元类，否则就是一个普通的自定义类
    n = 444

    def __call__(self, *args,
                 **kwargs):  #self=<class '__main__.OldboyTeacher'>
        obj = self.__new__(self)
        self.__init__(obj, *args, **kwargs)
        return obj


class Bar(object):
    n = 333


class Foo(Bar):
    n = 222


class OldboyTeacher(Foo, metaclass=Mymeta):
    n = 111

    school = 'oldboy'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def say(self):
        print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' % self.name)


print(
    OldboyTeacher.n
)  # 自下而上依次注释各个类中的n=xxx，然后重新运行程序，发现n的查找顺序为OldboyTeacher->Foo->Bar->object->Mymeta->type
111
print(OldboyTeacher.n)
111

查找顺序：
1. 先对象层：OldoyTeacher->Foo->Bar->object
2. 然后元类层：Mymeta->type

依据上述总结，我们来分析下元类Mymeta中__call__里的self.__new__的查找

class Mymeta(type):
    n = 444

    def __call__(self, *args,
                 **kwargs):  #self=<class '__main__.OldboyTeacher'>
        obj = self.__new__(self)
        print(self.__new__ is object.__new__)  #True


class Bar(object):
    n = 333

    # def __new__(cls, *args, **kwargs):
    #     print('Bar.__new__')


class Foo(Bar):
    n = 222

    # def __new__(cls, *args, **kwargs):
    #     print('Foo.__new__')


class OldboyTeacher(Foo, metaclass=Mymeta):
    n = 111

    school = 'oldboy'

    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def say(self):
        print('%s says welcome to the oldboy to learn Python' % self.name)

    # def __new__(cls, *args, **kwargs):
    #     print('OldboyTeacher.__new__')


OldboyTeacher('nick',
              18)  # 触发OldboyTeacher的类中的__call__方法的执行，进而执行self.__new__开始查找

总结，Mymeta下的__call__里的self.new__在OldboyTeacher、Foo、Bar里都没有找到__new__的情况下，会去找object里的__new，而object下默认就有一个__new__，所以即便是之前的类均未实现__new__,也一定会在object中找到一个，根本不会、也根本没必要再去找元类Mymeta->type中查找__new__