摘要：但一般情況下，我們使用類作為元類。那么，元類到底有什么用呢要你何用元類的主要目的是為了控制類的創建行為。當然，有很多種做法，這里展示用元類的做法。當你創建類時，解釋器會調用元類來生成它，定義一個繼承自的普通類意味著調用來創建它。

Python 中的元類（metaclass）是一個深度魔法，平時我們可能比較少接觸到元類，本文將通過一些簡單的例子來理解這個魔法。

在 Python 中，一切皆對象。字符串，列表，字典，函數是對象，類也是一個對象，因此你可以：

把類賦值給一個變量

把類作為函數參數進行傳遞

把類作為函數的返回值

在運行時動態地創建類

看一個簡單的例子：

class Foo(object):
    foo = True

class Bar(object):
    bar = True

def echo(cls):
    print cls

def select(name):
    if name == "foo":
        return Foo        # 返回值是一個類
    if name == "bar":
        return Bar

>>> echo(Foo)             # 把類作為參數傳遞給函數 echo

>>> cls = select("foo")   # 函數 select 的返回值是一個類，把它賦給變量 cls
>>> cls
__main__.Foo

在日常使用中，我們經常使用 object 來派生一個類，事實上，在這種情況下，Python 解釋器會調用 type 來創建類。

這里，出現了 type，沒錯，是你知道的 type，我們經常使用它來判斷一個對象的類型，比如：

class Foo(object):
    Foo = True

>>> type(10)

>>> type("hello")

>>> type(Foo())

>>> type(Foo)

事實上，type 除了可以返回對象的類型，它還可以被用來動態地創建類（對象）。下面，我們看幾個例子，來消化一下這句話。

使用 type 來創建類（對象）的方式如下：

type(類名, 父類的元組（針對繼承的情況，可以為空），包含屬性和方法的字典（名稱和值）)

假設有下面的類：

class Foo(object):
    pass

現在，我們不使用 class 關鍵字來定義，而使用 type，如下：

Foo = type("Foo", (object, ), {})    # 使用 type 創建了一個類對象

上面兩種方式是等價的。我們看到，type 接收三個參數：

第 1 個參數是字符串 "Foo"，表示類名

第 2 個參數是元組 (object, )，表示所有的父類

第 3 個參數是字典，這里是一個空字典，表示沒有定義屬性和方法

在上面，我們使用 type() 創建了一個名為 Foo 的類，然后把它賦給了變量 Foo，我們當然可以把它賦給其他變量，但是，此刻沒必要給自己找麻煩。

接著，我們看看使用：

>>> print Foo

>>> print Foo()
<__main__.Foo object at 0x10c34f250>

假設有下面的類：

class Foo(object):
    foo = True
    def greet(self):
        print "hello world"
        print self.foo

用 type 來創建這個類，如下：

def greet(self):
    print "hello world"
    print self.foo

Foo = type("Foo", (object, ), {"foo": True, "greet": greet})

上面兩種方式的效果是一樣的，看下使用：

>>> f = Foo()
>>> f.foo
True
>>> f.greet
>
>>> f.greet()
hello world
True

再來看看繼承的情況，假設有如下的父類：

class Base(object):
    pass

我們用 Base 派生一個 Foo 類，如下：

class Foo(Base):
   foo = True

改用 type 來創建，如下：

Foo = type("Foo", (Base, ), {"foo": True})

元類（metaclass）是用來創建類（對象）的可調用對象。這里的可調用對象可以是函數或者類等。但一般情況下，我們使用類作為元類。對于實例對象、類和元類，我們可以用下面的圖來描述：

類是實例對象的模板，元類是類的模板

+----------+             +----------+             +----------+
|          |             |          |             |          |
|          | instance of |          | instance of |          |
| instance +------------>+  class   +------------>+ metaclass|
|          |             |          |             |          |
|          |             |          |             |          |
+----------+             +----------+             +----------+

我們在前面使用了 type 來創建類（對象），事實上，type 就是一個元類。

那么，元類到底有什么用呢？要你何用...

元類的主要目的是為了控制類的創建行為。我們還是先來看看一些例子，以消化這句話。

先從一個簡單的例子開始，假設有下面的類：

class Foo(object):
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

現在我們想給這個類的方法和屬性名稱前面加上 my_ 前綴，即 name 變成 my_name，bar 變成 my_bar，另外，我們還想加一個 echo 方法。當然，有很多種做法，這里展示用元類的做法。

1.首先，定義一個元類，按照默認習慣，類名以 Metaclass 結尾，代碼如下：

class PrefixMetaclass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 給所有屬性和方法前面加上前綴 my_
        _attrs = (("my_" + name, value) for name, value in attrs.items())  
        
        _attrs = dict((name, value) for name, value in _attrs)  # 轉化為字典
        _attrs["echo"] = lambda self, phrase: phrase  # 增加了一個 echo 方法
        
        return type.__new__(cls, name, bases, _attrs)  # 返回創建后的類

上面的代碼有幾個需要注意的點：

PrefixMetaClass 從 type 繼承，這是因為 PrefixMetaclass 是用來創建類的

__new__ 是在 __init__ 之前被調用的特殊方法，它用來創建對象并返回創建后的對象，對它的參數解釋如下：

cls：當前準備創建的類

name：類的名字

bases：類的父類集合

attrs：類的屬性和方法，是一個字典

2.接著，我們需要指示 Foo 使用 PrefixMetaclass 來定制類。

在 Python2 中，我們只需在 Foo 中加一個 __metaclass__ 的屬性，如下：

class Foo(object):
    __metaclass__ = PrefixMetaclass
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

在 Python3 中，這樣做：

class Foo(metaclass=PrefixMetaclass):
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

現在，讓我們看看使用：

>>> f = Foo()
>>> f.name    # name 屬性已經被改變
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
 in ()
----> 1 f.name

AttributeError: "Foo" object has no attribute "name"
>>>
>>> f.my_name
"foo"
>>> f.my_bar()
bar
>>> f.echo("hello")
"hello"

可以看到，Foo 原來的屬性 name 已經變成了 my_name，而方法 bar 也變成了 my_bar，這就是元類的魔法。

再來看一個繼承的例子，下面是完整的代碼：

class PrefixMetaclass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 給所有屬性和方法前面加上前綴 my_
        _attrs = (("my_" + name, value) for name, value in attrs.items())  
        
        _attrs = dict((name, value) for name, value in _attrs)  # 轉化為字典
        _attrs["echo"] = lambda self, phrase: phrase  # 增加了一個 echo 方法
        
        return type.__new__(cls, name, bases, _attrs)

class Foo(object):
    __metaclass__ = PrefixMetaclass   # 注意跟 Python3 的寫法有所區別
    name = "foo"
    def bar(self):
        print "bar"

class Bar(Foo):
    prop = "bar"

其中，PrefixMetaclass 和 Foo 跟前面的定義是一樣的，只是新增了 Bar，它繼承自 Foo。先讓我們看看使用：

>>> b = Bar()
>>> b.prop     # 發現沒這個屬性
---------------------------------------------------------------------------
AttributeError                            Traceback (most recent call last)
 in ()
----> 1 b.prop

AttributeError: "Bar" object has no attribute "prop"
>>> b.my_prop
"bar"
>>> b.my_name
"foo"
>>> b.my_bar()
bar
>>> b.echo("hello")
"hello"

我們發現，Bar 沒有 prop 這個屬性，但是有 my_prop 這個屬性，這是為什么呢？

原來，當我們定義 class Bar(Foo) 時，Python 會首先在當前類，即 Bar 中尋找 __metaclass__，如果沒有找到，就會在父類 Foo 中尋找 __metaclass__，如果找不到，就繼續在 Foo 的父類尋找，如此繼續下去，如果在任何父類都找不到 __metaclass__，就會到模塊層次中尋找，如果還是找不到，就會用 type 來創建這個類。

這里，我們在 Foo 找到了 __metaclass__，Python 會使用 PrefixMetaclass 來創建 Bar，也就是說，元類會隱式地繼承到子類，雖然沒有顯示地在子類使用 __metaclass__，這也解釋了為什么 Bar 的 prop 屬性被動態修改成了 my_prop。

寫到這里，不知道你理解元類了沒？希望理解了，如果沒理解，就多看幾遍吧~

在 Python 中，類也是一個對象。

類創建實例，元類創建類。

當你創建類時，解釋器會調用元類來生成它，定義一個繼承自 object 的普通類意味著調用 type 來創建它。

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本文標題為: Python: 陌生的 metaclass
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oop - What is a metaclass in Python? - Stack Overflow

深刻理解Python中的元類(metaclass) - 伯樂在線

使用元類 - 廖雪峰的官方網站