Python MetaClass元类详解

MetaClass元类，本质也是一个类，但和普通类的用法不同，它可以对类内部的定义（包括类属性和类方法）进行动态的修改。可以这么说，使用元类的主要目的就是为了实现在创建类时，能够动态地改变类中定义的属性或者方法。

不要从字面上去理解元类的含义，事实上 MetaClass 中的 Meta 这个词根，起源于希腊语词汇 meta，包含“超越”和“改变”的意思。

举个例子，根据实际场景的需要，我们要为多个类添加一个 name 属性和一个 say() 方法。显然有多种方法可以实现，但其中一种方法就是使用 MetaClass 元类。

如果在创建类时，想用 MetaClass 元类动态地修改内部的属性或者方法，则类的创建过程将变得复杂：先创建 MetaClass 元类，然后用元类去创建类，最后使用该类的实例化对象实现功能。

和前面章节创建的类不同，如果想把一个类设计成 MetaClass 元类，其必须符合以下条件：

1. 必须显式继承自 type 类；
2. 类中需要定义并实现 __new__() 方法，该方法一定要返回该类的一个实例对象，因为在使用元类创建类时，该 __new__() 方法会自动被执行，用来修改新建的类。

讲了这么多，读者可能对 MetaClass 元类的功能还是比较懵懂。没关系，我们先尝试定义一个 MetaClass 元类：

#定义一个元类
class FirstMetaClass(type):
    # cls代表动态修改的类
    # name代表动态修改的类名
    # bases代表被动态修改的类的所有父类
    # attr代表被动态修改的类的所有属性、方法组成的字典
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 动态为该类添加一个name属性
        attrs['name'] = "城东书院"
        attrs['say'] = lambda self: print("调用 say() 实例方法")
        return super().__new__(cls,name,bases,attrs)

此程序中，首先可以断定 FirstMetaClass 是一个类。其次，由于该类继承自 type 类，并且内部实现了 __new__() 方法，因此可以断定 FirstMetaCLass 是一个元类。

有关 __new__() 的具体用法，可阅读《Python __new__()方法》一节。

可以看到，在这个元类的 __new__() 方法中，手动添加了一个 name 属性和 say() 方法。这意味着，通过 FirstMetaClass 元类创建的类，会额外添加 name 属性和 say() 方法。通过如下代码，可以验证这个结论：

#定义类时，指定元类
class CLanguage(object,metaclass=FirstMetaClass):
    pass

clangs = CLanguage()
print(clangs.name)
clangs.say()

可以看到，在创建类时，通过在标注父类的同时指定元类（格式为metaclass=元类名），则当 Python 解释器在创建这该类时，FirstMetaClass 元类中的 __new__ 方法就会被调用，从而实现动态修改类属性或者类方法的目的。

运行上面的程序，输出结果为：

显然，FirstMetaClass 元类的 __new__() 方法动态地为 Clanguage 类添加了 name 属性和 say() 方法，因此，即便该类在定义时是空类，它也依然有 name 属性和 say() 方法。

对于 MetaClass 元类，它多用于创建 API，因此我们几乎不会使用到它。