12 元类

一 知识储备

exec:三个参数

参数一:字符串形式的命令

参数二:全局作用域(字典形式),如果不指定,默认为globals()

参数三:局部作用域(字典形式),如果不指定,默认为locals()

exec的使用

#可以把exec命令的执行当成是一个函数的执行,会将执行期间产生的名字存放于局部名称空间中
g={
'x':1,
'y':2
}
l={}

exec('''
global x,z
x=100
z=200

m=300
''',g,l)

print(g) #{'x': 100, 'y': 2,'z':200,......}
print(l) #{'m': 300}

二 引子(类也是对象)

class Foo:
      pass

f1=Foo() #f1是通过Foo类实例化的对象

python中一切皆是对象,类本身也是一个对象,当使用关键字class的时候,python解释器在加载class的时候就会创建一个对象(这里的对象指的是类而非类的实例),因而我们可以将类当作一个对象去使用,同样满足第一类对象的概念,可以:

把类赋值给一个变量

把类作为函数参数进行传递

把类作为函数的返回值

在运行时动态地创建类

上例可以看出f1是由Foo这个类产生的对象,而Foo本身也是对象,那它又是由哪个类产生的呢?

#type函数可以查看类型,也可以用来查看对象的类,二者是一样的
print(type(f1)) # 输出: 表示,obj 对象由Foo类创建
print(type(Foo)) # 输出:

三 什么是元类?

元类是类的类,是类的模板

元类是用来控制如何创建类的,正如类是创建对象的模板一样,而元类的主要目的是为了控制类的创建行为

元类的实例化的结果为我们用class定义的类,正如类的实例为对象(f1对象是Foo类的一个实例,Foo类是 type 类的一个实例)

type是python的一个内建元类,用来直接控制生成类,python中任何class定义的类其实都是type类实例化的对象
[image_1c1p03hmh198t1skn1ulrps57h19.png-80.6kB][1]

四 创建类的两种方式

方式一:使用class关键字

class Chinese(object):
    country='China'
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age
    def talk(self):
        print('%s is talking' %self.name)

方式二:就是手动模拟class创建类的过程):将创建类的步骤拆分开,手动去创建

#准备工作:

#创建类主要分为三部分

  1 类名

  2 类的父类

  3 类体


#类名
class_name='Chinese'
#类的父类
class_bases=(object,)
#类体
class_body="""
country='China'
def __init__(self,name,age):
    self.name=name
    self.age=age
def talk(self):
    print('%s is talking' %self.name)
"""

步骤一(先处理类体->名称空间):类体定义的名字都会存放于类的名称空间中(一个局部的名称空间),我们可以事先定义一个空字典,然后用exec去执行类体的代码(exec产生名称空间的过程与真正的class过程类似,只是后者会将__开头的属性变形),生成类的局部名称空间,即填充字典

class_dic={}
exec(class_body,globals(),class_dic)


print(class_dic)
#{'country': 'China', 'talk': , '__init__': }

步骤二:调用元类type(也可以自定义)来产生类Chinense

Foo=type(class_name,class_bases,class_dic) #实例化type得到对象Foo,即我们用class定义的类Foo


print(Foo)
print(type(Foo))
print(isinstance(Foo,type))
'''


True
'''

我们看到,type 接收三个参数:

  • 第 1 个参数是字符串 ‘Foo’,表示类名
  • 第 2 个参数是元组 (object, ),表示所有的父类
  • 第 3 个参数是字典,这里是一个空字典,表示没有定义属性和方法

补充:若Foo类有继承,即class Foo(Bar):.... 则等同于type('Foo',(Bar,),{})

五 自定义元类控制类的行为

#一个类没有声明自己的元类,默认他的元类就是type,除了使用元类type,用户也可以通过继承type来自定义元类(顺便我们也可以瞅一瞅元类如何控制类的行为,工作流程是什么)

egon5步带你学会元类

#!!!如果你拷贝不注明出处的话,以后老子都不写了!!!

#知识储备:
    #产生的新对象 = object.__new__(继承object类的子类)

#步骤一:如果说People=type(类名,类的父类们,类的名称空间),那么我们定义元类如下,来控制类的创建
class Mymeta(type):  # 继承默认元类的一堆属性
    def __init__(self, class_name, class_bases, class_dic):
        if '__doc__' not in class_dic or not class_dic.get('__doc__').strip():
            raise TypeError('必须为类指定文档注释')

        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)


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

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

    def talk(self):
        print('%s is talking' % self.name)

#步骤二:如果我们想控制类实例化的行为,那么需要先储备知识__call__方法的使用
class People(object,metaclass=type):
    def __init__(self,name,age):
        self.name=name
        self.age=age

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(self,args,kwargs)


# 调用类People,并不会出发__call__
obj=People('egon',18)

# 调用对象obj(1,2,3,a=1,b=2,c=3),才会出发对象的绑定方法obj.__call__(1,2,3,a=1,b=2,c=3)
obj(1,2,3,a=1,b=2,c=3) #打印:<__main__.People object at 0x10076dd30> (1, 2, 3) {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3}

#总结:如果说类People是元类type的实例,那么在元类type内肯定也有一个__call__,会在调用People('egon',18)时触发执行,然后返回一个初始化好了的对象obj

#步骤三:自定义元类,控制类的调用(即实例化)的过程
class Mymeta(type): #继承默认元类的一堆属性
    def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
        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)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        #self=People
        print(self,args,kwargs) # ('egon', 18) {}

        #1、实例化People,产生空对象obj
        obj=object.__new__(self)


        #2、调用People下的函数__init__,初始化obj
        self.__init__(obj,*args,**kwargs)


        #3、返回初始化好了的obj
        return obj

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

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

    def talk(self):
        print('%s is talking' %self.name)

obj=People('egon',18)
print(obj.__dict__) #{'name': 'egon', 'age': 18}

#步骤四:
class Mymeta(type): #继承默认元类的一堆属性
    def __init__(self,class_name,class_bases,class_dic):
        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)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        #self=People
        print(self,args,kwargs) # ('egon', 18) {}

        #1、调用self,即People下的函数__new__,在该函数内完成:1、产生空对象obj 2、初始化 3、返回obj
        obj=self.__new__(self,*args,**kwargs)

        #2、一定记得返回obj,因为实例化People(...)取得就是__call__的返回值
        return obj

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

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

    def talk(self):
        print('%s is talking' %self.name)

    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        obj=object.__new__(cls)
        cls.__init__(obj,*args,**kwargs)
        return obj

obj=People('egon',18)
print(obj.__dict__) #{'name': 'egon', 'age': 18}

#步骤五:基于元类实现单例模式,比如数据库对象,实例化时参数都一样,就没必要重复产生对象,浪费内存
class Mysql:
    __instance=None
    def __init__(self,host='127.0.0.1',port='3306'):
        self.host=host
        self.port=port

    @classmethod
    def singleton(cls,*args,**kwargs):
        if not cls.__instance:
            cls.__instance=cls(*args,**kwargs)
        return cls.__instance


obj1=Mysql()
obj2=Mysql()
print(obj1 is obj2) #False

obj3=Mysql.singleton()
obj4=Mysql.singleton()
print(obj3 is obj4) #True

#应用:定制元类实现单例模式
class Mymeta(type):
    def __init__(self,name,bases,dic): #定义类Mysql时就触发
        self.__instance=None
        super().__init__(name,bases,dic)

    def __call__(self, *args, **kwargs): #Mysql(...)时触发

        if not self.__instance:
            self.__instance=object.__new__(self) #产生对象
            self.__init__(self.__instance,*args,**kwargs) #初始化对象
            #上述两步可以合成下面一步
            # self.__instance=super().__call__(*args,**kwargs)

        return self.__instance
class Mysql(metaclass=Mymeta):
    def __init__(self,host='127.0.0.1',port='3306'):
        self.host=host
        self.port=port


obj1=Mysql()
obj2=Mysql()

print(obj1 is obj2)

六 练习题

练习一:在元类中控制把自定义类的数据属性都变成大写

class Mymetaclass(type):
    def __new__(cls,name,bases,attrs):
        update_attrs={}
        for k,v in attrs.items():
            if not callable(v) and not k.startswith('__'):
                update_attrs[k.upper()]=v
            else:
                update_attrs[k]=v
        return type.__new__(cls,name,bases,update_attrs)

class Chinese(metaclass=Mymetaclass):
    country='China'
    tag='Legend of the Dragon' #龙的传人
    def walk(self):
        print('%s is walking' %self.name)


print(Chinese.__dict__)
'''
{'__module__': '__main__',
 'COUNTRY': 'China', 
 'TAG': 'Legend of the Dragon',
 'walk': ,
 '__dict__': ,                                         
 '__weakref__': ,
 '__doc__': None}
'''



**练习二:在元类中控制自定义的类无需init方法**
1.元类帮其完成创建对象,以及初始化操作;
  2.要求实例化时传参必须为关键字形式,否则抛出异常TypeError: must use keyword argument
  3.key作为用户自定义类产生对象的属性,且所有属性变成大写

​```python
class Mymetaclass(type):
    # def __new__(cls,name,bases,attrs):
    #     update_attrs={}
    #     for k,v in attrs.items():
    #         if not callable(v) and not k.startswith('__'):
    #             update_attrs[k.upper()]=v
    #         else:
    #             update_attrs[k]=v
    #     return type.__new__(cls,name,bases,update_attrs)

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        if args:
            raise TypeError('must use keyword argument for key function')
        obj = object.__new__(self) #创建对象,self为类Foo

        for k,v in kwargs.items():
            obj.__dict__[k.upper()]=v
        return obj

class Chinese(metaclass=Mymetaclass):
    country='China'
    tag='Legend of the Dragon' #龙的传人
    def walk(self):
        print('%s is walking' %self.name)


p=Chinese(name='egon',age=18,sex='male')
print(p.__dict__)

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