python中元类metaclass分析

metaclass是python中的重要概念，我来说一下理解吧，如有不对的地方，还请大家指正。

我认为metaclass是一切类的元类，可以理解为python中其实只有这一个类，就是type，其他的类都是type的实例对象，也就是平时我们定义的class，而我们实例化class，其实是调用type的实例的某个方法。

认识type

type有两种用法

  • type(object) -> object的类型
  • type(name,base,dict) -> 生产class

我们这里讲第二种方法

参数 描述
name class的名字，调用class().__class__会返回
base 一个元祖，继承的基类
dict class._dict_

自定义type

1
2
3
4
5
6
def __init__(self):
    self.a = 1
    
MyClass = type('MyClass', (), {'__init__': __init__, 'b': 1})
print(MyClass.__dict__)  # {'__init__': <function __init__ at 0x000002AB8C992E18>, 'b': 1, ...}
print(MyClass().__dict__)  # {'a': 1}

这里我们用type生成了一个MyClass类，从而避免了使用class语法定义
那么type的具体实现是怎么样的呢？

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
def __init__(self):
    self.a = 1


class MyType(type):
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        print('__init__方法执行了', args, kwargs)
        super(MyType, self).__init__(*args, **kwargs)

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        print('__new__方法执行了', args, kwargs)
        return type.__new__(cls, *args, **kwargs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print('__call__方法执行了', args, kwargs)
        return super(MyType, self).__call__(*args, **kwargs)


MyClass = MyType('MyClass', (), {'__init__': __init__, 'b': 1})
print(MyClass.__dict__)
print(MyClass().__dict__)

输出结果如下

1
2
3
4
5
__new__方法执行了 ('MyClass', (), {'__init__': <function __init__ at 0x000001FAC63D2E18>, 'b': 1}) {}
__init__方法执行了 ('MyClass', (), {'__init__': <function __init__ at 0x000001FAC63D2E18>, 'b': 1}) {}
{'__init__': <function __init__ at 0x000001FAC63D2E18>, 'b': 1, '__module__': '__main__', '__dict__': <attribute '__dict__' of 'MyClass' objects>, '__weakref__': <attribute '__weakref__' of 'MyClass' objects>, '__doc__': None}
__call__方法执行了 () {}
{'a': 1}

我们其实可以发现

  • 先执行__new__方法，返回一个MyClass类对象
  • 立马执行__init__方法，进行MyClass类的初始化,定义一些属性
  • 当MyClass类进行实例化的时候，调用__call__方法

在平时实例化类的时候，我们知道，会调用__new__和__init__方法，而这里，实例化的时候调用了__call__方法，我们是不是可以猜测__call__里面调用了这两个方法呢，答案确实是这样，如果你在添加上

1
2
3
def __new__(cls, *args, **kwargs):
    print('__new__方法2执行了', cls, args, kwargs)
    return object.__new__(cls, *args, **kwargs)

然后将代码改成

1
2
3
4
def __init__(self):
    print('__init__方法2执行了')
    self.a = 1
MyClass = MyType('MyClass', (), {'__init__': __init__, 'b': 1, '__new__': __new__})

你就会发现在call后会输出new和init

结论

python中()的执行，是靠魔法方法__call__的，也就是你在一个变量x后面加上(),即x()其实是调用的__call__方法，而实例化类的时候，其实就是调用了这个方法，最后返回一个对象，我们称作为实例。
class == type(name,base,dict)
self == class() == class.__call__()
因此python中可以认为只有一个类，那就是元类，其他的类都是元类的实例，而类的实例，只是类调用了魔法方法，而产生了不同的对象，即实例对象。