Python编程：__class__的元类作用

发布时间：2023-05-12

一、__class__的概念

在Python中，所有事物都是对象。类也是一种对象，是type类的实例。因此，在Python中，创建一个类就是创建了一个实例，该实例的类型是type。 一个类被创建时，与其对应的type实例也随之被创建。这个type实例具有创建该类的所有信息，比如类名、父类、属性和方法等。type实例代表着一种元类（metaclass），即类生成器，用于创建其他的类。默认情况下，Python使用type作为类的元类。 在Python中，__class__属性是用于表示类的属性，指向该类的类型，即它的元类。通过__class__属性，我们可以动态地修改一个类的元类。

class X:
    pass
class Y(X):
    pass
class Z(Y):
    pass
print(X.__class__)
print(Y.__class__)
print(Z.__class__)

运行结果为：

<class 'type'>
<class 'type'>
<class 'type'>

可见，默认情况下，__class__属性都指向type。

二、使用type动态地创建类

在Python中，type不仅是一个类型，也是一个元类，用于创建其他的类。type的一般格式为：

type(name, bases, attrs)

其中：

  • name：新类的名称。
  • bases：新类的父类（以元组的形式传递）。
  • attrs：新类的属性和方法（以字典的形式传递）。 下面是使用type动态地创建一个类的示例：
Person = type('Person', (), {'name': '', 'age': 0})
p1 = Person()
p1.name = 'Alice'
p1.age = 20
p2 = Person()
p2.name = 'Bob'
p2.age = 30
print(p1.name, p1.age)
print(p2.name, p2.age)

输出结果为：

Alice 20
Bob 30

在该示例中，我们使用type创建了一个名为Person的类，并为该类定义了两个属性：name和age。通过创建该类的实例，我们成功地创建了两个不同的Person对象。

三、使用__class__动态地修改类的元类

在Python中，我们可以使用__class__动态地修改类的元类。

class MyMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        attrs['new_attr'] = 100
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)
class MyClass:
    pass
MyClass.__class__ = MyMeta
obj = MyClass()
print(obj.new_attr)

输出结果为：

100

在该示例中，我们创建了一个名为MyMeta的元类，并为之定义了一个名为__new__()的方法，用于修改类的属性。随后，我们创建了一个名为MyClass的类，将其元类设置为MyMeta，并为该类动态地增加了一个属性new_attr。最后，我们创建了该类的一个对象obj，并访问了该对象的new_attr属性，成功地输出了100。

四、使用元类定制django模型

在django框架中，Model类是一个用于表示表的类，其定义从django.db.models.Model继承而来。在自定义模型时，我们可以通过编写自己的元类，从而定制该模型的行为。 下面我们来看一个实际的示例，该示例演示了如何自定义一个django模型，并通过元类为之添加一个新的字段。 首先，我们需要安装django框架，可以使用以下命令进行安装：

pip install django

然后，我们来定义一个模型：

from django.db import models
class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=100)
    author = models.CharField(max_length=100)

在该模型中，我们定义了一个Book类，继承自Model类，并定义了两个属性：title和author。 接下来，我们将使用一个元类DynamicFieldsMetaclass，为该模型添加一个新的字段isbn：

class DynamicFieldsMetaclass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        if 'isbn' not in attrs:
            attrs['isbn'] = models.CharField(max_length=20)
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)
class Book(models.Model, metaclass=DynamicFieldsMetaclass):
    title = models.CharField(max_length=100)
    author = models.CharField(max_length=100)

在该代码中，我们定义了一个新的元类DynamicFieldsMetaclass，并在Book类中使用该元类进行了修改。如果该类中不存在isbn字段，则我们为该类动态地增加了一个名为isbn的CharField。 下面我们来测试一下该模型是否生效：

from django.test import TestCase
class BookTest(TestCase):
    def test_book_model(self):
        b1 = Book.objects.create(title='Python', author='Alice', isbn='978-7-302-50889-5')
        b2 = Book.objects.create(title='Java', author='Bob')
        self.assertEqual(b1.isbn, '978-7-302-50889-5')
        self.assertEqual(b2.isbn, '')

在该测试代码中，我们创建了两个Book对象，并为第一个对象传入了isbn参数。随后，我们通过测试方法来检查所创建的Book对象的isbn字段是否正确。 该模型的测试运行结果为：

Creating test database for alias 'default'...
System check identified no issues (0 silenced).
.
----------------------------------------------------------------------
Ran 1 test in 0.004s
OK
Destroying test database for alias 'default'...

可见，该模型中的isbn字段已经成功地添加了进去，并且测试也成功地通过了。

五、总结

元类是Python中一个重要的概念，可以用于修改类的行为和属性。在本文中，我们首先介绍了__class__的概念。随后，我们通过示例介绍了使用type动态地创建类，并使用__class__动态地修改类的元类。最后，我们通过一个实际的django模型示例，演示了如何使用元类来为模型动态地添加新的字段。

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