python的metaclass
python中的metaclass可谓熟悉而又陌生，自己开发时很少用，阅读源码时却经常遇到，那么到底什么是metaclass呢？何时使用metaclass呢？
动态创建class的方法
假设我们需要动态创建一个class，那么一般我们有这样几种方法
- 通过一个函数动态创建class
- 通过type动态创建class
1.函数动态创建class
def create_class_by_name(name):
if name == 'dog':
class Dog(object):
pass
return Dog
else:
class Cat(object):
pass
return Cat
dy_class = create_class_by_name('hi')
print dy_class # output: <class '__main__.Cat'>
print dy_class() # output: <__main__.Cat object at 0x03601D10>
2.type动态创建class
type 除了可以获取到一个对象的类型，还有另外一个功能：动态创建 class。
它的函数签名是这样的：_type(name, bases, dict) -> a new type_
其中：
- name: 类名
- bases: 父类名的tuple，用于继承，可以为空
- dict: 字典，包含class attributes的 name 和 value
class ClassParent(object):
first_name = 'John'
# 创建一个 继承自 ClassParent 的 ClassChild，并为 ClassChild 添加一个 age = 15 的 attribute
child_class = type('ClassChild', (ClassParent,), {'age': 15})
# child_class 形如：
class ClassChild(ClassParent):
age = 15
child_obj = child_class()
print child_obj.first_name, child_obj.age
# output: John 15
事实上，type 关键字，是 python 用来创建 class 的 metaclass。可以通过 __class__ 来查看一个 class 的 metaclass：
print child_class.__class__
# output <type 'type'>
使用metaclass创建class
metaclass，即是(class of class) class 的 class，用来描述如何创建一个 class 的代码段。
python2
在 class 的定义中，可以通过 __metaclass__ 来指定当前 class 的 metaclass：
因此，只要我们指定了__metaclass__就可以代替type()创建class.我们自己来写一个最简单的metaclass.
class DemoMeta(type):
pass
class DemoClass(object):
__metaclass__ = DemoMeta
print type(DemoClass) #<class '__main__.DemoMeta'>
看一个复杂些的例子
class FooMeta(type):
def __new__(mcs, name, bases, attrs):
"""
定制创建 class 的行为
作为示例，这里将外部传入的 attrs 的名称做一些处理：如果以'_'开头，则转为小写
:param name: class 名称
:param bases: tuple, 父类的名称
:param attrs: class attributes
"""
converted = {atr if not atr.startswith('_') else atr.lower(): v
for atr, v in attrs.items()}
cls = super(FooMeta, mcs).__new__(mcs, name, bases, converted)
return cls
class Foo(object):
__metaclass__ = FooMeta
python3
py3中，指定元类的语法有一点小小的修改：不再使用 __metaclass__，而是在定义 class 时显式地指定 metaclass：
class Foo(object, metaclass=CustomMetaclass):
pass
常见用途
metaclass可以控制类的创建过程，包括类的属性、方法和父类等。metaclass可以用于实现一些高级的编程技巧，例如自动注册子类、自动添加属性和方法等
- 统计某种类型
- 定义一个单例
- 自动添加属性和方法
如何统计某个类的所有子类
猜想一下，统计某个类的所有子类
__bases__是一个元组，包含了一个类的所有直接父类，所以不不能统计到某种类型
还有一种方法：
使用gc.get_objects()函数获取所有已经创建的对象，然后使用issubclass()函数判断一个类是否是另一个类的子类，从而统计所有的子类
以下是一个示例代码：
import gc
def count_subclasses(cls):
count = 0
for obj in gc.get_objects():
if isinstance(obj, type) and issubclass(obj, cls):
count += 1
return count
自动统计某种类型
下面是一个简单的例子演示了如何使用metaclass来自动注册子类。
假设我们有一个基类Base，我们希望所有继承自Base的子类都能够自动注册到一个全局的字典中。我们可以定义一个Meta类，该类继承自type，并重写其__init__方法，在该方法中实现自动注册的逻辑。然后，我们将Base类的metaclass设置为Meta类，这样所有继承自Base的子类都会使用Meta类来创建实例，并自动注册到全局字典中。
class Meta(type):
registry = {}
def __init__(cls, name, bases, attrs):
super(Meta, cls).__init__(name, bases, attrs)
if name != 'Base':
Meta.registry[name] = cls
class Base(object):
__metaclass__ = Meta
class Subclass1(Base):
pass
class Subclass2(Base):
pass
print Meta.registry
输出结果为：
{'Subclass1': <class '__main__.Subclass1'>, 'Subclass2': <class '__main__.Subclass2'>}
可以看到，Subclass1和Subclass2都被自动注册到了Meta.registry字典中。这样，我们就可以方便地获取所有继承自Base的子类了。
定义单例
class Singleton(type):
def __init__(cls, name, bases, dict):
super(Singleton, cls).__init__(name, bases, dict)
cls.instance = None
def __call__(cls, *args):
if cls.instance is None:
cls.instance = super(Singleton, cls).__call__(*args)
return cls.instance
class MyCard(object):
__metaclass__ = Singleton
def testSingle():
card1 = MyCard()
card2= MyCard()
print card1,card2
#输出结果：<__main__.MyCard object at 0x03A6FE90> <__main__.MyCard object at 0x03A6FE90>
自动添加属性和方法
假设我们有一个基类Base，我们希望所有继承自Base的子类都能够自动添加一个名为name的属性和一个名为hello的方法。我们可以定义一个Meta类，该类继承自type，并重写其__init__方法，在该方法中实现自动添加属性和方法的逻辑。然后，我们将Base类的metaclass设置为Meta类，这样所有继承自Base的子类都会使用Meta类来创建实例，并自动添加name属性和hello方法。
class Meta(type):
def __init__(cls, name, bases, attrs):
super(Meta, cls).__init__(name, bases, attrs)
cls.name = name
cls.hello = lambda self: 'Hello, %s!' % self.name
class Base(object):
__metaclass__ = Meta
class Subclass1(Base):
pass
class Subclass2(Base):
pass
print Subclass1().hello()
print Subclass2().hello()
#Hello, Subclass1!
#Hello, Subclass2!
Python选取 metaclass 的策略
在Python中，当我们定义一个类时，解释器会根据以下顺序来选择metaclass：
- 如果该类显式指定了metaclass，则使用该metaclass。
- 否则，如果该类的父类中有metaclass，则使用该metaclass。
- 否则，如果该类的模块中有metaclass，则使用该metaclass。
- 否则，如果该类的基类中有metaclass，则使用该metaclass。
- 否则，使用默认的type作为metaclass。
结尾
如果看完之后你还是看不懂，没关系，99%的情况下都不需要用到metaclass