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# 四、自定义元类 #
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到现在，我们已经知道元类是什么东东了。那么，从始至终我们还不知道元类到底有啥用。只是了解了一下元类。在了解它有啥用的时候，我们先来了解下怎么自定义元类。因为只有了解了怎么自定义才能更好的理解它的作用。
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首先我们来了解下 `__metaclass__` 属性
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metaclass，直译为元类，简单的解释就是：
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当我们定义了类以后，就可以根据这个类创建出实例，所以：先定义类，然后创建实例。
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但是如果我们想创建出类呢？那就必须根据metaclass创建出类，所以：先定义metaclass，然后创建类。
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连接起来就是：先定义metaclass，就可以创建类，最后创建实例。
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所以，metaclass允许你创建类或者修改类。换句话说，你可以把类看成是metaclass创建出来的“实例”。
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```python
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class MyObject(object):
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__metaclass__ = something…
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[…]
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```
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如果是这样写的话，Python 就会用元类来创建类 MyObject。当你写下 `class MyObject(object)`，但是类对象 MyObject 还没有在内存中创建。Python 会在类的定义中寻找 `__metaclass__` 属性，如果找到了，Python 就会用它来创建类 MyObject，如果没有找到，就会用内建的 type 函数来创建这个类。如果还不怎么理解，看下下面的流程图：
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再举个实例：
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```python
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class Foo(Bar):
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pass
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```
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它的判断流程是怎样的呢？
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首先判断 Foo 中是否有 `__metaclass__` 这个属性？如果有，Python 会在内存中通过 `__metaclass__` 创建一个名字为 Foo 的类对象（注意，这里是类对象）。如果 Python 没有找到`__metaclass__` ，它会继续在 Bar（父类）中寻找`__metaclass__` 属性，并尝试做和前面同样的操作。如果 Python在任何父类中都找不到 `__metaclass__` ，它就会在模块层次中去寻找 `__metaclass__` ，并尝试做同样的操作。如果还是找不到` ` `__metaclass__` ,Python 就会用内置的 type 来创建这个类对象。
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其实 `__metaclass__` 就是定义了 class 的行为。类似于 class 定义了 instance 的行为，metaclass 则定义了 class 的行为。可以说，class 是 metaclass 的 instance。
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现在，我们基本了解了 `__metaclass__` 属性，但是，也没讲过如何使用这个属性，或者说这个属性可以放些什么？
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答案就是：可以创建一个类的东西。那么什么可以用来创建一个类呢？type，或者任何使用到 type 或者子类化 type 的东东都可以。
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元类的主要目的就是为了当创建类时能够自动地改变类。通常，你会为API 做这样的事情，你希望可以创建符合当前上下文的类。假想一个很傻的例子，你决定在你的模块里所有的类的属性都应该是大写形式。有好几种方法可以办到，但其中一种就是通过在模块级别设定`__metaclass__` 。采用这种方法，这个模块中的所有类都会通过这个元类来创建，我们只需要告诉元类把所有的属性都改成大写形式就万事大吉了。
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幸运的是，`__metaclass__` 实际上可以被任意调用，它并不需要是一个正式的类。所以，我们这里就先以一个简单的函数作为例子开始。
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```python
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# 元类会自动将你通常传给‘type’的参数作为自己的参数传入
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def upper_attr(future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
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'''返回一个类对象，将属性都转为大写形式'''
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# 选择所有不以'__'开头的属性
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attrs = ((name, value) for name, value in future_class_attr.items() if not name.startswith('__'))
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```
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```python
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# 将它们转为大写形式
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uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
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# 通过'type'来做类对象的创建
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return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)
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__metaclass__ = upper_attr
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# 这会作用到这个模块中的所有类
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class Foo(object):
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# 我们也可以只在这里定义__metaclass__，这样就只会作用于这个类中
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bar = 'bip'
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```
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```python
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print hasattr(Foo, 'bar')
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# 输出: False
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print hasattr(Foo, 'BAR')
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# 输出:True
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f = Foo()
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print f.BAR
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# 输出:'bip'
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```
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用 class 当做元类的做法：
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```python
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# 请记住，'type'实际上是一个类，就像'str'和'int'一样
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# 所以，你可以从type继承
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class UpperAttrMetaClass(type):
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# __new__ 是在__init__之前被调用的特殊方法
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# __new__是用来创建对象并返回之的方法
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# 而__init__只是用来将传入的参数初始化给对象
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# 你很少用到__new__，除非你希望能够控制对象的创建
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# 这里，创建的对象是类，我们希望能够自定义它，所以我们这里改写__new__
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# 如果你希望的话，你也可以在__init__中做些事情
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# 还有一些高级的用法会涉及到改写__call__特殊方法，但是我们这里不用
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def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
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attrs = ((name, value) for name, value in future_class_attr.items() if not name.startswith('__'))
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uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
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return type(future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)
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```
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但是，这种方式其实不是 OOP。我们直接调用了 type，而且我们没有改写父类的 `__new__` 方法。现在让我们这样去处理:
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```python
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class UpperAttrMetaclass(type):
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def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr):
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attrs = ((name, value) for name, value in future_class_attr.items() if not name.startswith('__'))
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uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
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# 复用type.__new__方法
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# 这就是基本的OOP编程，没什么魔法
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return type.__new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr)
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```
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你可能已经注意到了有个额外的参数 `upperattr_metaclass` ，这并没有什么特别的。类方法的第一个参数总是表示当前的实例，就像在普通的类方法中的 self 参数一样。当然了，为了清晰起见，这里的名字我起的比较长。但是就像 self 一样，所有的参数都有它们的传统名称。因此，在真实的产品代码中一个元类应该是像这样的：
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```python
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class UpperAttrMetaclass(type):
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def __new__(cls, name, bases, dct):
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attrs = ((name, value) for name, value in dct.items() if not name.startswith('__')
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uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
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return type.__new__(cls, name, bases, uppercase_attr)
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```
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如果使用 super 方法的话，我们还可以使它变得更清晰一些，这会缓解继承（是的，你可以拥有元类，从元类继承，从 type 继承）
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```python
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class UpperAttrMetaclass(type):
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def __new__(cls, name, bases, dct):
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attrs = ((name, value) for name, value in dct.items() if not name.startswith('__'))
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uppercase_attr = dict((name.upper(), value) for name, value in attrs)
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return super(UpperAttrMetaclass, cls).__new__(cls, name, bases, uppercase_attr)
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```
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通常我们都会使用元类去做一些晦涩的事情，依赖于自省，控制继承等等。确实，用元类来搞些“黑暗魔法”是特别有用的，因而会搞出些复杂的东西来。但就元类本身而言，它们其实是很简单的：
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* 拦截类的创建
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* 修改类
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* 返回修改之后的类 |