詳解如何創(chuàng)建Python元類

什么是Python元類？

Python元類是與Python的面向?qū)ο缶幊谈拍钕嚓P(guān)的高級功能之一。它確定類的行為，并進(jìn)一步幫助其修改。

用Python創(chuàng)建的每個(gè)類都有一個(gè)基礎(chǔ)的Metaclass。因此，在創(chuàng)建類時(shí)，您將間接使用元類。它隱式發(fā)生，您無需指定任何內(nèi)容。

與元編程相關(guān)聯(lián)的元類決定了程序?qū)ζ渥陨磉M(jìn)行操作的能力。 學(xué)習(xí)元類可能看起來很復(fù)雜，但是讓我們先從一些類和對象的概念入手，以便于理解。

Python中的類和對象

類是一個(gè)藍(lán)圖，是具有對象的邏輯實(shí)體。 一個(gè)簡單的類在聲明時(shí)沒有分配任何內(nèi)存，它是在創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例時(shí)發(fā)生的。

通過創(chuàng)建的對象，可以訪問該類。該類僅用作模板。對象的屬性本質(zhì)上意味著我們可以在運(yùn)行時(shí)與它進(jìn)行交互，傳遞諸如變量之類的參數(shù)，進(jìn)行存儲，修改，也可以與它進(jìn)行交互。

可以使用__class__屬性檢查對象的類。讓我們看一個(gè)簡單的例子：

class Demo: 
       pass       
#This is a class named demo
 test=Demo()
print(test.__class__)  #shows class of obj
print(type(test))  #alternate method

Output: class '__main__.Demo'>

Python大量處理類和對象的概念，并允許輕松，順利地進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。但是，什么使Python與Java和C這樣的語言不同呢？Python中的所有內(nèi)容都可以定義為具有屬性和方法的對象。主題演講是Python中的類不過是更大類的另一個(gè)對象。

類為對象定義規(guī)則。同樣，元類負(fù)責(zé)為類分配行為。我們已經(jīng)知道，類是對象，就像每個(gè)對象都有一個(gè)實(shí)例一樣，類是元類的實(shí)例。

但是也有像Ruby和Objective-C這樣的語言也支持元類。那么，是什么使Python Metaclass更好，為什么還要學(xué)習(xí)它呢？答案是Python中的動態(tài)類。讓我們仔細(xì)看看。

Python中的動態(tài)類

Python是一種動態(tài)編程語言，并允許在運(yùn)行時(shí)創(chuàng)建類。與C ++等其他語言不同，后者僅允許在編譯時(shí)創(chuàng)建類。在靈活性方面，Python優(yōu)于其他靜態(tài)類型的語言。

動態(tài)和靜態(tài)類型語言之間的差異并不大， 但是在Python中，它由于提供元編程而變得更加有用。

但是，如果我告訴您還有另一個(gè)關(guān)鍵功能將Python與其他編程語言區(qū)分開呢？

諸如Java或C ++之類的語言具有float，char，int等數(shù)據(jù)類型，而Python將每個(gè)變量視為對象。每個(gè)對象都屬于一個(gè)類，例如int類或str類。您可以使用稱為type（）的內(nèi)置函數(shù)來簡單地檢查任何變量的類。

number = 10993
print("Type associated is:", type(number))
name = "Aishwarya"
print("Type associated is:", type(name))

Output:

Type associated is: class 'int'>

Type associated is: class 'str'>

現(xiàn)在，您了解了Python中的所有內(nèi)容都有與之關(guān)聯(lián)的類型。在下一個(gè)主題中，我們將嘗試了解元類實(shí)際上是如何工作的。

Python元類如何工作？

每當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)類時(shí)，都會調(diào)用默認(rèn)的Metaclass類型。 元類包含名稱，基類集以及與該類關(guān)聯(lián)的屬性等信息。因此，在實(shí)例化一個(gè)類時(shí)，將調(diào)用帶有這些參數(shù)的類?？梢酝ㄟ^兩種方法創(chuàng)建元類：

• 類型類
• 自定義元類

讓我們繼續(xù)輸入class以及如何創(chuàng)建class。

類型類

Python有一個(gè)稱為type的內(nèi)置元類。與Java或C不同，那里有主要的數(shù)據(jù)類型。Python中的每個(gè)變量或?qū)ο蠖加幸粋€(gè)與之關(guān)聯(lián)的類。Python使用幕后的Type類創(chuàng)建所有類。在上一個(gè)主題中，我們看到了如何使用type（）檢查對象的類。讓我們舉一個(gè)例子，說明如何通過創(chuàng)建一個(gè)簡單的類來定義新類型。

class Edureka():
obj = Edureka()
 
print(type(obj))

Output: class '__main__.Edureka'>

print(type(Edureka))

Output: class 'type'>

在上面的代碼中，我們有一個(gè)名為Edureka的類，以及一個(gè)關(guān)聯(lián)的對象。我們通過簡單地在該類型之后創(chuàng)建一個(gè)名為自身的類，創(chuàng)建了一個(gè)名為Edureka的新類型。在第二個(gè)代碼中，當(dāng)我們檢查Edureka類的類型時(shí)，其結(jié)果為“類型”。

因此，除非另有定義，否則元類使用類型類來創(chuàng)建所有其他類。我們可以通過兩種方法訪問Type類：

當(dāng)我們通過類型類傳遞參數(shù)時(shí)，它使用以下語法。

type(__name__, __base__, attributes)

• 名稱是一個(gè)字符串，并帶有類名
• 該基礎(chǔ)是一個(gè)元組，可幫助創(chuàng)建子類
• 屬性是字典，并分配鍵值對

由于Python中的類的行為與對象相似，因此可以用相同的方式更改其行為。我們可以在類內(nèi)添加或刪除方法，類似于對對象的處理方式。

現(xiàn)在您已經(jīng)知道Metaclass在Python中創(chuàng)建了所有其他類，并使用類型class定義了它們的行為。但是，您一定想知道，我們還有其他方法可以創(chuàng)建元類嗎？因此，讓我們看看如何創(chuàng)建一個(gè)自定義的元類。

Python中的自定義元類

現(xiàn)在我們知道并理解類型類如何工作?，F(xiàn)在該學(xué)習(xí)如何創(chuàng)建自定義元類了。我們可以通過執(zhí)行動作或代碼注入來修改類的工作。為此，我們可以在創(chuàng)建類定義時(shí)將Metaclass作為關(guān)鍵字傳遞。另外，我們可以通過簡單地繼承通過此Metaclass關(guān)鍵字實(shí)例化的類來實(shí)現(xiàn)此目的。

在創(chuàng)建新類時(shí)，Python查找__metaclass__關(guān)鍵字。以防萬一，如果不存在。它遵循類型類層次結(jié)構(gòu)。

Python在命名空間中執(zhí)行所有字典后，將調(diào)用類型對象，后者創(chuàng)建類的對象。我們可以使用兩種方法來創(chuàng)建自定義元類。

class EduFirst(type):
def __new__(cls, name, base_cls, dict):
pass
class EduSecond(type):
def __init__(self, name, base_cls, dict):
pass

讓我詳細(xì)解釋這兩種方法：

• __new __（）：當(dāng)用戶要在類創(chuàng)建之前定義元組字典時(shí)使用。它返回一個(gè)類的實(shí)例，并且很容易覆蓋/管理對象流。
• __init __（）：在創(chuàng)建對象并對其進(jìn)行初始化之后調(diào)用它。

Python中的__call__是什么？

在正式的Python文檔中，__call__方法可用于定義自定義元類。同樣，當(dāng)調(diào)用類定義自定義行為時(shí)，我們可以覆蓋__prepare__之類的其他方法。

就像類如何像創(chuàng)建對象的模板一樣，元類也像類創(chuàng)建模板一樣。因此，元類也稱為類工廠。

請參見下一個(gè)示例：

class Meta(type):
def __init__(cls, name, base, dct):
cls.attribute = 200
class Test(metaclass = Meta):
pass
Test.attribute

Output: 200

元類允許自定義類。還有多種其他有效且簡單得多的方法可以通過這些方法實(shí)現(xiàn)相同的輸出。這樣的例子之一就是使用裝飾器。

裝飾器vs元類

Decorator是Python的一項(xiàng)流行功能，它允許您向代碼中添加更多功能。裝飾器是可調(diào)用的對象，可幫助修改現(xiàn)有的類甚至函數(shù)。在編譯期間，部分代碼將調(diào)用并修改另一部分。此過程也稱為元編程。

def decorator(cls):
class NewClass(cls):
attribute = 200
 return NewClass
@decorator
Class Test1:
 pass
@decorator
 
Class Test2:
 pass
Test1.attribute
 
Test2.attribute

Output: 200

Python中的Decorator是一個(gè)非常有用且功能強(qiáng)大的工具，可幫助您更改函數(shù)的行為，而無需實(shí)際更改任何代碼。 當(dāng)您要在調(diào)試時(shí)修改程序的一部分而不是重寫函數(shù)或更改整個(gè)程序時(shí)，這非常方便。取而代之的是，您只需編寫一個(gè)單行裝飾器，其余的就由它來處理。

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