摘要：起步上一篇的枚舉類型文末說有機會的話可以看看它的源碼。但這樣的方式并不好，范圍大，它包含該類的所有屬性和方法。而不單單是枚舉的命名空間。每個成員都有名稱屬性和值屬性上述的代碼中，取得的值是。

上一篇 《Python 的枚舉類型》 文末說有機會的話可以看看它的源碼。那就來讀一讀，看看枚舉的幾個重要的特性是如何實現的。

要想閱讀這部分，需要對元類編程有所了解。

這部分我的第一個想法是去控制 __dict__ 中的 key 。但這樣的方式并不好，__dict__ 范圍大，它包含該類的所有屬性和方法。而不單單是枚舉的命名空間。我在源碼中發現 enum 使用另一個方法。通過 __prepare__ 魔術方法可以返回一個類字典實例，在該實例
使用 __prepare__ 魔術方法自定義命名空間，在該空間內限定成員名不允許重復。

# 自己實現
class _Dict(dict):
    def __setitem__(self, key, value):
        if key in self:
            raise TypeError("Attempted to reuse key: %r" % key)
        super().__setitem__(key, value)

class MyMeta(type):
    @classmethod
    def __prepare__(metacls, name, bases):
        d = _Dict()
        return d

class Enum(metaclass=MyMeta):
    pass

class Color(Enum):
    red = 1
    red = 1         # TypeError: Attempted to reuse key: "red"

再看看 Enum 模塊的具體實現：

class _EnumDict(dict):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self._member_names = []
        ...

    def __setitem__(self, key, value):
        ...
        elif key in self._member_names:
            # descriptor overwriting an enum?
            raise TypeError("Attempted to reuse key: %r" % key)
        ...
        self._member_names.append(key)
        super().__setitem__(key, value)
        
class EnumMeta(type):
    @classmethod
    def __prepare__(metacls, cls, bases):
        enum_dict = _EnumDict()
        ...
        return enum_dict

class Enum(metaclass=EnumMeta):
    ...

模塊中的 _EnumDict 創建了 _member_names 列表來存儲成員名，這是因為不是所有的命名空間內的成員都是枚舉的成員。比如 __str__, __new__ 等魔術方法就不是了，所以這邊的 __setitem__ 需要做一些過濾：

def __setitem__(self, key, value):
    if _is_sunder(key):     # 下劃線開頭和結尾的，如 _order__
        raise ValueError("_names_ are reserved for future Enum use")
    elif _is_dunder(key):   # 雙下劃線結尾的, 如 __new__
        if key == "__order__":
            key = "_order_"
    elif key in self._member_names: # 重復定義的 key
        raise TypeError("Attempted to reuse key: %r" % key)
    elif not _is_descriptor(value): # value得不是描述符
        self._member_names.append(key)
        self._last_values.append(value)
    super().__setitem__(key, value)

模塊考慮的會更全面。

上述的代碼中，Color.red 取得的值是 1。而 eumu 模塊中，定義的枚舉類中，每個成員都是有名稱和屬性值的；并且細心的話還會發現 Color.red 是 Color 的示例。這樣的情況是如何來實現的呢。

還是用元類來完成，在元類的 __new__ 中實現，具體的思路是，先創建目標類，然后為每個成員都創建一樣的類，再通過 setattr 的方式將后續的類作為屬性添加到目標類中，偽代碼如下：

def __new__(metacls, cls, bases, classdict):
    __new__ = cls.__new__
    # 創建枚舉類
    enum_class = super().__new__()
    # 每個成員都是cls的示例，通過setattr注入到目標類中
    for name, value in cls.members.items():
        member = super().__new__()
        member.name = name
        member.value = value
        setattr(enum_class, name, member)
    return enum_class

來看下一個可運行的demo：

class _Dict(dict):
    def __init__(self):
        super().__init__()
        self._member_names = []

    def __setitem__(self, key, value):
        if key in self:
            raise TypeError("Attempted to reuse key: %r" % key)

        if not key.startswith("_"):
            self._member_names.append(key)
        super().__setitem__(key, value)

class MyMeta(type):
    @classmethod
    def __prepare__(metacls, name, bases):
        d = _Dict()
        return d

    def __new__(metacls, cls, bases, classdict):
        __new__ = bases[0].__new__ if bases else object.__new__
        # 創建枚舉類
        enum_class = super().__new__(metacls, cls, bases, classdict)

        # 創建成員
        for member_name in classdict._member_names:
            value = classdict[member_name]
            enum_member = __new__(enum_class)
            enum_member.name = member_name
            enum_member.value = value
            setattr(enum_class, member_name, enum_member)

        return enum_class

class MyEnum(metaclass=MyMeta):
    pass

class Color(MyEnum):
    red = 1
    blue = 2

    def __str__(self):
        return "%s.%s" % (self.__class__.__name__, self.name)

print(Color.red)        # Color.red
print(Color.red.name)   # red
print(Color.red.value)  # 1

enum 模塊在讓每個成員都有名稱和值的屬性的實現思路是一樣的（代碼我就不貼了）。EnumMeta.__new__ 是該模塊的重點，幾乎所有枚舉的特性都在這個函數實現。

從這節開始就不再使用自己實現的類的說明了，而是通過拆解 enum 模塊的代碼來說明其實現了，從模塊的使用特性中可以知道，如果成員值相同，后者會是前者的一個別名：

from enum import Enum
class Color(Enum):
    red = 1
    _red = 1

print(Color.red is Color._red)  # True

從這可以知道，red和_red是同一對象。這又要怎么實現呢？

元類會為枚舉類創建 _member_map_ 屬性來存儲成員名與成員的映射關系，如果發現創建的成員的值已經在映射關系中了，就會用映射表中的對象來取代：

class EnumMeta(type):
    def __new__(metacls, cls, bases, classdict):
        ...
        # create our new Enum type
        enum_class = super().__new__(metacls, cls, bases, classdict)
        enum_class._member_names_ = []               # names in definition order
        enum_class._member_map_ = OrderedDict()      # name->value map

        for member_name in classdict._member_names:
            enum_member = __new__(enum_class)

            # If another member with the same value was already defined, the
            # new member becomes an alias to the existing one.
            for name, canonical_member in enum_class._member_map_.items():
                if canonical_member._value_ == enum_member._value_:
                    enum_member = canonical_member     # 取代
                    break
            else:
                # Aliases don"t appear in member names (only in __members__).
                enum_class._member_names_.append(member_name)  # 新成員，添加到_member_names_中
            
            enum_class._member_map_[member_name] = enum_member
            ...

從代碼上來看，即使是成員值相同，還是會先為他們都創建對象，不過后創建的很快就會被垃圾回收掉了(我認為這邊是有優化空間的)。通過與 _member_map_ 映射表做對比，用以創建該成員值的成員取代后續，但兩者成員名都會在 _member_map_ 中，如例子中的 red 和 _red 都在該字典，但他們指向的是同一個對象。

屬性 _member_names_ 只會記錄第一個，這將會與枚舉的迭代有關。

print(Color["red"])  # Color.red  通過成員名來獲取成員
print(Color(1))      # Color.red  通過成員值來獲取成員

枚舉類中的成員都是單例模式，元類創建的枚舉類中還維護了值到成員的映射關系 _value2member_map_ :

class EnumMeta(type):
    def __new__(metacls, cls, bases, classdict):
        ...
        # create our new Enum type
        enum_class = super().__new__(metacls, cls, bases, classdict)
        enum_class._value2member_map_ = {}

        for member_name in classdict._member_names:
            value = enum_members[member_name]
            enum_member = __new__(enum_class)

            enum_class._value2member_map_[value] = enum_member
            ...

然后在 Enum 的 __new__ 返回該單例即可：

class Enum(metaclass=EnumMeta):
    def __new__(cls, value):
        if type(value) is cls:
            return value

        # 嘗試從 _value2member_map_ 獲取
        try:
            if value in cls._value2member_map_:
                return cls._value2member_map_[value]
        except TypeError:
            # 從 _member_map_ 映射獲取
            for member in cls._member_map_.values():
                if member._value_ == value:
                    return member

        raise ValueError("%r is not a valid %s" % (value, cls.__name__))

枚舉類支持迭代的方式遍歷成員，按定義的順序，如果有值重復的成員，只獲取重復的第一個成員。對于重復的成員值只獲取第一個成員，正好屬性 _member_names_ 只會記錄第一個：

class Enum(metaclass=EnumMeta):
    def __iter__(cls):
        return (cls._member_map_[name] for name in cls._member_names_)

enum 模塊的核心特性的實現思路就是這樣，幾乎都是通過元類黑魔法來實現的。對于成員之間不能做比較大小但可以做等值比較。這反而不需要講，這其實繼承自 object 就是這樣的，不用額外做什么就有的“特性”了。

總之，enum 模塊相對獨立，且代碼量不多，對于想知道元類編程可以閱讀一下，教科書式教學，還有單例模式等，值得一讀。