学懂元类,你只需要知道两句话:
- 道生一,一生二,二生三,三生万物
- 我是谁?我从哪来里?我要到哪里去?
在 python 世界,拥有一个永恒的道,那就是 type
,请记在脑海中,type
就是道。如此广袤无垠的 python
生态圈,都是由 type
产生出来的。
道生一,一生二,二生三,三生万物。
- 道 即是
type
- 一 即是
metaclass
(元类,或者叫类生成器) - 二 即是
class
(类,或者叫实例生成器) - 三 即是
instance
(实例) - 万物 即是 实例的各种属性与方法,我们平常使用 python 时,调用的就是它们。
道和一,是我们今天讨论的命题,而二、三、和万物,则是我们常常使用的类、实例、属性和方法,用 hello world
来举例:
# 创建一个 Hello 类,拥有属性 say_hello ---- 二的起源
class Hello():
def say_hello(self, name='world'):
print('Hello, %s.' % name)
# 从 Hello 类创建一个实例 hello ---- 二生三
hello = Hello()
# 使用 hello 调用方法 say_hello ----三生万物
hello.say_hello()
这就是一个标准的“二生三,三生万物”过程。 从类到我们可以调用的方法,用了这两步。
那我们不由自主要问,类从何而来呢?我们回到代码的第一行。
class Hello
其实是一个函数的“语义化简称”,只为了让代码更浅显易懂,上一篇我们知道可以直接用 type()
创建类:
def fn(self, name='world'): # 先创建一个函数叫 fn
print('Hello, %s.' % name)
# 通过 type 创建 Hello class ---- 直接从“道”生出了“二”
Hello = type('Hello', (object,), dict(say_hello=fn))
这样的写法,就和之前的 Class Hello
写法作用完全相同。
我们回头看一眼最精彩的地方,道直接生出了二:
Hello = type(‘Hello’, (object,), dict(say_hello=fn))
这就是“道”,python 世界的起源,你可以为此而惊叹。
注意它的三个参数!暗合人类的三大永恒命题:我是谁,我从哪里来,我要到哪里去。
第一个参数:我是谁。 在这里,我需要一个区分于其它一切的命名,以上的实例将我命名为
Hello
第二个参数:我从哪里来
在这里,我需要知道从哪里来,也就是我的“父类”,以上实例中我的父类是object
—— python 中一种非常初级的类。第三个参数:我要到哪里去
在这里,我们将需要调用的方法和属性包含到一个 字典 里,再作为参数传入。以上实例中,我们有一个say_hello
方法包装进了字典中。
值得注意的是,三大永恒命题,是一切类,一切实例,甚至一切实例属性与方法都具有的。
理所应当,它们的“创造者”,道和一,即 type
和元类,也具有这三个参数。但平常,类的三大永恒命题并不作为参数传入,而是以如下方式传入:
# class 后声明“我是谁”
# 小括号内声明“我来自哪里”
# 剩余声明“我要到哪里去”
class Hello(object):
def say_hello():
pass
造物主,可以直接创造单个的人,但这是一件苦役。造物主会先创造“人”这一物种,再批量创造具体的个人。并将三大永恒命题,一直传递下去。
“道”可以直接生出“二”,但它会先生出“一”,再批量地制造“二”。
type
可以直接生成类(class),但也可以先生成元类(metaclass),再使用元类批量定制类(class)。
元类 —— 道生一,一生二
一般来说,元类均被命名后缀为 Metalass
。想象一下,我们需要一个可以自动打招呼的元类,它里面的类方法呢,有时需要 say_Hello
,有时需要 say_Hi
,有时又需要 say_Sayolala
,有时需要 say_Nihao
。
如果每个内置的 say_xxx
都需要在类里面声明一次,那将是多么可怕的苦役! 不如使用元类来解决问题。
以下是创建一个专门“打招呼”用的元类代码:
class SayMetaClass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
attrs['say_' + name] = lambda self, value, saying = name : print(saying + ', ' + value)
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
元类是由
type
衍生而出,所以父类需要传入type
。【道生一,所以一必须包含道】元类的操作都在
__new__
中完成,它的第一个参数(cls
)是将创建的类,之后的参数即是三大永恒命题:我是谁,我从哪里来,我将到哪里去。 它返回的对象也是三大永恒命题,接下来,这三个参数将一直陪伴我们。
我们看看在 __new__()
中,进行的一个操作:
attrs['say_' + name] = lambda self, value, saying = name : print(saying + ', ' + value)
解释下上面的代码:
attrs
本身是一个空字典,name
是我们创建类时候的类名,它跟据类的名字,创建了一个类方法。比如我们由元类创建的类叫 Hello
,那创建时就自动有了一个叫 say_Hello
的类方法,然后这个方法名是字典的 key
。
然后看等号右边的部分,用了一个 lambda
方法把函数本身作为了字典的 value
,类的名字 Hello
作为默认参数 saying
,传到了方法里面。然后把 hello
方法调用时的传参作为 value
传进去,最终打印出来。
那么,一个元类是怎么从创建到调用的呢?
来!一起根据道生一、一生二、二生三、三生万物的准则,走进元类的生命周期吧!
# 道生一:传入 type
class SayMetaClass(type):
# 传入三大永恒命题:类名、父类、属性/方法
def __new__(cls, name, bases, attrs):
# 把属性/方法绑定到 attrs 字典中
attrs['say_' + name] = lambda self, value, saying = name : print(saying + ', ' + value)
# 传承三大永恒命题:类名称、父类、属性/方法
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
class Hello(object, metaclass = SayMetaClass):
pass
hello = Hello()
hello.say_Hello('world')
class GoodBye(object, metaclass = SayMetaClass):
pass
goodbye = GoodBye()
goodbye.say_GoodBye('world')
输出:
>>>
Hello, world
GoodBye, world
注意:通过元类创建的类,第一个参数是父类,第二个参数是 metaclass
。
当我们执行
class Hello(object, metaclass = SayMetaClass):
pass
时候到底发生什么了呢?
首先定义了使用元类 SayMetaClass
,类名 Hello
会传递给 SayMetaClass
中的 name
参数,object
会传给 bases
参数,我们没有为新的类添加属性和方法,它将会获得 SayMetaClass
类中 attrs
字典中原有的属性和方法。