什么是元类？
理解元类（metaclass）之前，我们先了解下Python中的OOP和类（Class）。
面向对象全称 Object Oriented Programming 简称OOP，这种编程思想被大家所熟知。它是把对象作为一个程序的基本单元，把数据和功能封装在里面，能够实现很好的复用性，灵活性和扩展性。OOP中有2个基本概念：类和对象：
类是描述如何创建一个对象的代码段，用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合，它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法
对象是类的实例（Instance）。
我们举个例子：
In : class ObjectCreator(object): ...: pass ...: In : my_object = ObjectCreator() In : my_object Out: <__main__.ObjectCreator at 0x1082bbef0> |
而Python中的类并不是仅限于此：
In : print(ObjectCreator) <class '__main__.ObjectCreator'> |
ObjectCreator竟然可以被print，所以它的类也是对象！既然类是对象，你就能动态地创建它们，就像创建任何对象那样。我在日常工作里面就会有这种动态创建类的需求，比如在mock数据的时候，现在有个函数func接收一个参数：
In : def func(instance): ...: print(instance.a, instance.b) ...: print(instance.method_a(10)) ...: |
正常使用起来传入的instance是符合需求的（有a、b属性和method_a方法），但是当我想单独调试func的时候，需要「造」一个，假如不用元类，应该是这样写:
In : def generate_cls(a, b): ...: class Fake(object): ...: def method_a(self, n): ...: return n ...: Fake.a = a ...: Fake.b = b ...: return Fake ...: In : ins = generate_cls(1, 2)() In : ins.a, ins.b, ins.method_a(10) Out: (1, 2, 10) |
你会发现这不算是「动态创建」的：
类名（Fake）不方便改变
要创建的类需要的属性和方法越多，就要对应的加码，不灵活。
我平时怎么做呢：
In : def method_a(self, n): ...: return n ...: In : ins = type('Fake', (), {'a': 1, 'b': 2, 'method_a': method_a})() In : ins.a, ins.b, ins.method_a(10) Out: (1, 2, 10) |
到了这里，引出了type函数。本来它用来能让你了解一个对象的类型：
In : type(1) Out: int In : type('1') Out: str In : type(ObjectCreator) Out: type In : type(ObjectCreator()) Out: __main__.ObjectCreator |
另外，type如上所说还可以动态地创建类：type可以把对于类的描述作为参数，并返回一个类。
用来创建类的东东就是「元类」，放张图吧：
MyClass = type('MyClass', (), {})
这种用法就是由于type实际上是一个元类，作为元类的type在Python中被用于在后台创建所有的类。在Python语言上有个说法「Everything is an object」。包括整数、字符串、函数和类... 所有这些都是对象。所有这些都是由一个类创建的：
In : age = 35 In : age.__class__ Out: int In : name = 'bob' In : name.__class__ Out: str ... |
现在，任何__class__中的__class__是什么？
In : age.__class__.__class__ Out: type In : name.__class__.__class__ Out: type ... |
如果你愿意，你可以把type称为「类工厂」。type是Python中内建元类，当然，你也可以创建你自己的元类。
创建自己的元类
Python2创建类的时候，可以添加一个__metaclass__属性：
class Foo(object): __metaclass__ = something... [...] |
如果你这样做，Python会使用元类来创建Foo这个类。Python会在类定义中寻找__metaclass__。如果找到它，Python会用它来创建对象类Foo。如果没有找到它，Python将使用type来创建这个类。
在Python3中语法改变了一下：
class Simple1(object, metaclass=something...): [...] |
本质上是一样的。拿一个4年前写分享的元类例子（就是为了推荐你来阅读 ??我的PPT：《Python高级编程》（https://github.com/dongweiming/Expert-Python） ）吧：
class HelloMeta(type): def __new__(cls, name, bases, attrs): def __init__(cls, func): cls.func = func def hello(cls): print 'hello world' t = type.__new__(cls, name, bases, attrs) t.__init__ = __init__ t.hello = hello return t class New_Hello(object): __metaclass__ = HelloMeta |
New_Hello初始化需要添加一个参数，并包含一个叫做hello的方法：
In : h = New_Hello(lambda x: x)
In : h.func(10), h.hello()
hello world
Out: (10, None)
PS: 这个例子只能运行于Python2。
在Python里__new__方法创建实例，__init__负责初始化一个实例。对于type也是一样的效果，只不过针对的是「类」，在上面的HelloMeta中只使用了__new__创建类，我们再感受一个使用__init__的元类：
In : class HelloMeta2(type): ...: def __init__(cls, name, bases, attrs): ...: super(HelloMeta2, cls).__init__(name, bases, attrs) ...: attrs_ = {} ...: for k, v in attrs.items(): ...: if not k.startswith('__'): ...: attrs_[k] = v ...: setattr(cls, '_new_dict', attrs_) ...: ...: |
别往下看。思考下这样创建出来的类有什么特殊的地方？
我揭晓一下（这次使用Python 3语法）：
In : class New_Hello2(metaclass=HelloMeta2): ...: a = 1 ...: b = True In : New_Hello2._new_dict Out: {'a': 1, 'b': True} In : h2 = New_Hello2() In : h2._new_dict Out: {'a': 1, 'b': True} |
有点明白么？其实就是在创建类的时候把类的属性循环了一遍把不是__开头的属性最后存在了_new_dict上。
什么时候需要用元类？
日常的业务逻辑开发是不太需要使用到元类的，因为元类是用来拦截和修改类的创建的，用到的场景很少。我能想到最典型的场景就是 ORM。ORM就是「对象 关系 映射」的意思，简单的理解就是把关系数据库的一张表映射成一个类，一行记录映射为一个对象。ORM框架中的Model只能动态定义，因为这个模式下这些关系只能是由使用者来定义，元类再配合描述符就可以实现ORM了。
在这里先做个预告，未来我会分享「如何写一个ORM」这个主题。
