深刻理解Python中的元类(metaclass)
译注：这是一篇在Stack overflow上很热的帖子。提问者自称已经掌握了有关Python OOP编程中的各种概念，但始终觉得元类(metaclass)难以理解。他知道这肯定和自省有关，但仍然觉得不太明白，希望大家可以给出一些实际的例子和代码片段以帮助理解，以及在什么情况下需要进行元编程。于是e-satis同学给出了神一般的回复，该回复获得了985点的赞同点数，更有人评论说这段回复应该加入到Python的官方文档中去。而e-satis同学本人在Stack Overflow中的声望积分也高达64271分。以下就是这篇精彩的回复（提示：非常长）
类也是对象
在理解元类之前，你需要先掌握Python中的类。Python中类的概念借鉴于Smalltalk，这显得有些奇特。在大多数编程语言中，类就是一组用来描述如何生成一个对象的代码段。在Python中这一点仍然成立：
| 123456 | >>> class ObjectCreator(object):… pass…>>> my_object = ObjectCreator()>>> print my_object<__main__.ObjectCreator object at 0x8974f2c> |
但是，Python中的类还远不止如此。类同样也是一种对象。是的，没错，就是对象。只要你使用关键字class，Python解释器在执行的时候就会创建一个对象。下面的代码段：
| 123 | >>> class ObjectCreator(object):… pass… |
将在内存中创建一个对象，名字就是ObjectCreator。这个对象（类）自身拥有创建对象（类实例）的能力，而这就是为什么它是一个类的原因。但是，它的本质仍然是一个对象，于是乎你可以对它做如下的操作：
1) 你可以将它赋值给一个变量
2) 你可以拷贝它
3) 你可以为它增加属性
4) 你可以将它作为函数参数进行传递
下面是示例：
| 1234567891011121314151617 | >>> print ObjectCreator # 你可以打印一个类，因为它其实也是一个对象<class \’__main__.ObjectCreator\’>>>> def echo(o):… print o…>>> echo(ObjectCreator) # 你可以将类做为参数传给函数<class \’__main__.ObjectCreator\’>>>> print hasattr(ObjectCreator, \’new_attribute\’)Fasle>>> ObjectCreator.new_attribute = \’foo\’ # 你可以为类增加属性>>> print hasattr(ObjectCreator, \’new_attribute\’)True>>> print ObjectCreator.new_attributefoo>>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # 你可以将类赋值给一个变量>>> print ObjectCreatorMirror()<__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c> |
动态地创建类
因为类也是对象，你可以在运行时动态的创建它们，就像其他任何对象一样。首先，你可以在函数中创建类，使用class关键字即可。
| 123456789101112131415 | >>> def choose_class(name):… if name == \’foo\’:… class Foo(object):… pass… return Foo # 返回的是类，不是类的实例… else:… class Bar(object):… pass… return Bar…>>> MyClass = choose_class(\’foo\’)>>> print MyClass # 函数返回的是类，不是类的实例<class \’__main__\’.Foo>>>> print MyClass() # 你可以通过这个类创建类实例，也就是对象<__main__.Foo object at 0x89c6d4c> |
但这还不够动态，因为你仍然需要自己编写整个类的代码。由于类也是对象，所以它们必须是通过什么东西来生成的才对。当你使用class关键字时，Python解释器自动创建这个对象。但就和Python中的大多数事情一样，Python仍然提供给你手动处理的方法。还记得内建函数type吗？这个古老但强大的函数能够让你知道一个对象的类型是什么，就像这样：
| 12345678 | >>> print type(1)<type \’int\’>>>> print type(\”1\”)<type \’str\’>>>> print type(ObjectCreator)<type \’type\’>>>> print type(ObjectCreator())<class \’__main__.ObjectCreator\’> |
这里，type有一种完全不同的能力，它也能动态的创建类。type可以接受一个类的描述作为参数，然后返回一个类。（我知道，根据传入参数的不同，同一个函数拥有两种完全不同的用法是一件很傻的事情，但这在Python中是为了保持向后兼容性）
type可以像这样工作：
| 1 | type(类名, 父类的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性的字典（名称和值）) |
比如下面的代码：
| 12 | >>> class MyShinyClass(object):… pass |
可以手动像这样创建：
| 12345 | >>> MyShinyClass = type(\’MyShinyClass\’, (), {}) # 返回一个类对象>>> print MyShinyClass<class \’__main__.MyShinyClass\’>>>> print MyShinyClass() # 创建一个该类的实例<__main__.MyShinyClass object at 0x8997cec> |
你会发现我们使用“MyShinyClass”作为类名，并且也可以把它当做一个变量来作为类的引用。类和变量是不同的，这里没有任何理由把事情弄的复杂。
type 接受一个字典来为类定义属性，因此
| 12 | >>> class Foo(object):… bar = True |
可以翻译为：
| 1 | >>> Foo = type(\’Foo\’, (), {\’bar\’:True}) |
并且可以将Foo当成一个普通的类一样使用：
| 123456789 | >>> print Foo<class \’__main__.Foo\’>>>> print Foo.barTrue>>> f = Foo()>>> print f<__main__.Foo object at 0x8a9b84c>>>> print f.barTrue |
当然，你可以向这个类继承，所以，如下的代码：
| 12 | >>> class FooChild(Foo):… pass |
就可以写成：
| 12345 | >>> FooChild = type(\’FooChild\’, (Foo,),{})>>> print FooChild<class \’__main__.FooChild\’>>>> print FooChild.bar # bar属性是由Foo继承而来True |
最终你会希望为你的类增加方法。只需要定义一个有着恰当签名的函数并将其作为属性赋值就可以了。
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