По умолчанию классы создаются с использованием класса type(). Тело класса выполняется в новом пространстве имен, а имя класса локально привязано к результату выполнения type(name, bases, namespace).
Процесс создания класса можно настроить, передав ключевой аргумент metaclass в строке определения класса или наследовав от существующего класса, который включал такой аргумент. В следующем примере MyClass и MySubclass являются экземплярами Meta:
class Meta(type): pass class MyClass(metaclass=Meta): pass class MySubclass(MyClass): pass
Любые другие ключевые аргументы, указанные в определении класса, передаются во все операции metaclass, описанные ниже.
Когда выполняется определение класса, происходят следующие шаги:
Если база, которая появляется в определении класса, не является экземпляром type, то по ней ищется метод __mro_entries__. Если он найден, то он вызывается с исходным базовым кортежем. Этот метод должен возвращать кортеж классов, который будет использоваться вместо этой базы. Кортеж может быть пустым, в этом случае исходная база игнорируется.
Соответствующий метакласс для определения класса определяется следующим образом:
type();type(), то он используется непосредственно как метакласс;type() задан как явный метакласс или определены базы, то используется наиболее производный метакласс.Наиболее производный метакласс выбирается из явно указанного метакласса (если есть) и метаклассов (то есть type(cls)) всех указанных базовых классов. Самый производный метакласс - это тот, который является подтипом всех этих метаклассов-кандидатов. Если ни один из метаклассов-кандидатов не соответствует этому критерию, определение класса завершится ошибкой TypeError.
После того, как соответствующий метакласс идентифицирован, подготавливается пространство имен класса. Если у метакласса есть атрибут __prepare__, то он именуется как namespace=metaclass.__prepare__(name, base, ** kwds), где дополнительные ключевые аргументы, если таковые имеются, берутся из определения класса. Метод __prepare__ должен быть реализован как метод класса classmethod(). Пространство имен, возвращаемое __prepare__, передается в __new__, но когда создается последний объект класса, пространство имен копируется в новый словарь dict.
Если метакласс не имеет атрибута __prepare__, то тогда пространство имен класса инициализируется как пустое упорядоченное отображение (словарь).
Тело класса выполняется (приблизительно) как exec(body, globals(), namespace). Ключевое отличие от обычного вызова функции exec() состоит в том, что лексическая область видимости позволяет телу класса (включая любые методы) ссылаться на имена из текущей и внешней областей, когда определение класса происходит внутри функции.
Однако, даже когда определение класса происходит внутри функции, методы, определенные внутри класса, по-прежнему не могут видеть имена, определенные в области класса. Доступ к переменным класса должен осуществляться через первый параметр методов экземпляра или класса или через неявную ссылку __class__ с лексической областью видимости, описанную в "Создании объекта класса".
Как только пространство имен класса заполнено путем выполнения тела класса, объект класса создается путем вызова metaclass(name, bases, namespace, **kwds). Дополнительные ключевые слова **kwds, переданные здесь, такие же, как те, которые переданы в __prepare__.
Этот объект класса является тем, на который будет ссылаться форма с нулевым аргументом super().__class__ - это неявная ссылка на замыкание, созданная компилятором, если какие-либо методы в теле класса ссылаются либо на __class__, либо на super(). Это позволяет нулевой форме аргумента функции super() правильно идентифицировать определяемый класс на основе лексической области видимости, в то время как класс или экземпляр, который был использован для выполнения текущего вызова, идентифицируется на основе первого аргумента, переданного методу.
Подробности реализации CPython: в CPython 3.6 и более поздних версиях ячейка __class__ передается метаклассу как запись __classcell__ в пространстве имен классов. Если он присутствует, то он должен быть распространен до type.__new__, чтобы класс был правильно инициализирован. Невыполнение этого требования приведет к ошибке RuntimeError в Python 3.8.
При использовании метакласса type по умолчанию или любого метакласса, который в конечном итоге вызывает type.__ new__ после создания объекта класса, вызываются следующие дополнительные шаги настройки:
type.__new__ собирает все дескрипторы в пространстве имен класса, которые определяют метод __set_name__();__set_name__ вызываются с определяемым классом и присвоенным именем этого конкретного дескриптора;__init_subclass__() для непосредственного родителя нового класса в порядке разрешения его методов.После того, как объект класса создан, он передается декораторам класса, включенным в определение класса (если есть) и полученный объект привязывается в локальном пространстве имен как определенный класс.
Когда новый класс создается по type.__new__, то объект, указанный в качестве параметра пространства имен, копируется в новое упорядоченное сопоставление (словарь), а исходный объект отбрасывается. Новая копия упаковывается в прокси только для чтения, который становится атрибутом __dict__ объекта класса.
Метакласс чаще всего используется в качестве фабрики классов, а вообще возможности использования метаклассов безграничны.
Некоторые из идей включают:
Если не требуется сложные изменения класса, метаклассы использовать не стоит. Просто изменить класс можно двумя способами:
В 99% случаев лучше использовать эти методы, а в 98% изменения класса вообще не нужны.
Причина сложности кода, использующего метаклассы, заключается не в самих метаклассах. Код сложный потому, что обычно метаклассы используются для сложных задач, основанных на наследовании, интроспекции и манипуляции такими переменными, как __dict__.
Основной целью метакласса является автоматическое изменение класса во время его создания. Обычно это делается для API, когда нужно создать классы, соответствующие текущему контексту. Например необходимо, что бы все классы в модуле имели свои атрибуты в верхнем регистре. Чтобы добиться такого поведения, определим метакласс и передадим его переменной __metaclass__ на уровне модуля или можно вручную передавать его в класс в качестве ключевого аргумента metaclass.
class UpperAttrMetaclass(type): def __new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, future_class_attr): uppercase_attr = {} for name, val in future_class_attr.items(): if not name.startswith('__'): uppercase_attr[name.upper()] = val else: uppercase_attr[name] = val # повторно используем метод type.__new__, # это базовое ООП, в нем нет ничего волшебного return type.__new__(upperattr_metaclass, future_class_name, future_class_parents, uppercase_attr) class Foo(metaclass=UpperAttrMetaclass): bar = 'bip' print(hasattr(Foo, 'bar')) # False print(hasattr(Foo, 'BAR')) # True f = Foo() print(f.BAR) # 'bip'