一文掌握Python 最难知识点：元类

1 前言

在学习 python 过程中想必大家都会去看源码，看源码的过程中会看到一些元类，但是看起来感觉很吃力看不懂，那是因为我们对元类不够了解。

今天我们就来聊一聊 python 元类，看看元类到底是何方神圣。

2 必要知识储备

● 在讲元类之前我们得先搞清楚类和对象的概念以及类的创建过程，这个至关重要，这取决于我们是否能真正理解和正确使用元类。

● 类和对象概念

1、类：用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合(抽象)

2、对象：类的实体就是对象(具体)传统方式创建类

传统方式创建类

1、代码演示
class Demo:
    def __init__(self,name):
        self.name = name
        print("初始化self.name = ",self.name)

if __name__ == '__main__'
    print("Demo类是由谁创建的：",type(Demo))
    print("Demo类的父类：",Demo.__bases__)
    cl = Demo("老王")
    print("cl实例是由谁创建的：",type(cl))

2、输出：
Demo类是由谁创建的：<class 'type'>
Demo类的父类：(<class 'object'>,)
初始化self.name =  老王
cl实例是由谁创建的：<class '__main__.Demo'>

3、结论：
a、类(Demo)是由type创建的
b、对象(cl)是由类(Demo)创建的
c、基于类(Demo)创建对象(cl)，先执行父类(object)的__new__()方法，返回对象(cl)

type 创建类

1、通过上面的例子我们知道，类是由type创建的，那么我们能不能直接通过type来创建类
2、type语法
type("类名",(继承哪个类,),{"属性名称":"属性值","方法名称key":"方法名称"})
3、代码演示
demo = type("Demo",(object,),{"name":"老王"})
print("类名称：",demo.__name__)
print("Demo类是由谁创建的：",type(demo))
cl = demo()
print("cl实例是由谁创建的：",type(cl))
4、输出：
类名称：Demo
Demo类是由谁创建的：<class 'type'>
cl实例是由谁创建的：<class '__main__.Demo'>
5、结论
a、类(Demo)是由type创建的
b、对象(cl)是由类(Demo)创建的
c、直接用type创建类和传统方式创建类，效果一模一样

3 元类

● 概念

1、什么是元类：用来创建其他类的类叫元类

2、思考一个问题，我们能不能基于自己定义的类来创建其他的类？

自定义元类并创建类

1、代码演示
class Demo1(type):
    def __init__(self,*args, **kwargs):
        super().__init__(*args, **kwargs)

class Demo2(metaclass=Demo1):
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
        print("Demo2类的实例属性：name={}".format(self.name))
        print("Demo2类的实例属性：age={}".format(self.age))

if __name__ == '__main__':
    print("Demo2是由谁创建的：",type(Demo2))
    cl = Demo2("老王","20")

2、输出：
Demo2是由谁创建的：<class '__main__.Demo1'>
Demo2类的实例属性：name=老王
Demo2类的实例属性：age=20

3、结论
a、类(Demo2)是由Demo1创建的
b、可以通过自定义类来创建其他类

4 元类经典应用

1、通过元类实现单例模式

2、单例模式：在程序执行过程中一个类只实例化一次

3、原理：干预类实例化的过程，如果已经实例化了就不再进行实例化

class Demo1(type):
    def __init__(self,name,bases, attrs):
        super().__init__(name,bases, attrs)
        self._instance = None

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        #判断是否创建了对象，未创建就调用__new__()方法创建对象，已创建了就不调用__new__()方法，直接返回已创建好的对象
        if self._instance is None:
            self._instance = self.__new__(self,*args, **kwargs)
        #调用自己类(Demo2)的实例化方法
        self.__init__(self._instance,*args, **kwargs)
        return self._instance

class Demo2(metaclass=Demo1):
    def __init__(self,name,age):
        self.name = name
        self.age = age
        print("Demo2类的实例属性：name={}".format(self.name))
        print("Demo2类的实例属性：age={}".format(self.age))

if __name__ == '__main__':
    print("Demo2是由谁创建的：",type(Demo2))
    cl1 = Demo2("老王",20)
    cl2 = Demo2("老王",20)
    print("cl1实例的内存地址：",id(cl1))
    print("cl2实例的内存地址：",id(cl1))
    print("cl1 是否是 cl2",cl1 is cl2)

4、输出：

Demo2是由谁创建的：<class '__main__.Demo1'>
Demo2类的实例属性：name=老王
Demo2类的实例属性：age=20
Demo2类的实例属性：name=老王
Demo2类的实例属性：age=20
cl1实例的内存地址：1842280993096
cl2实例的内存地址：1842280993096
cl1 是否是 cl2 True

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