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Python MetaClass

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Python 和 C 这种编译型语言不同，函数和类的定义，不是编译时定义的，而是运行时动态创建的。也就是说，我们看到的 class XXX 或者 def xxx 语句，并不是一个静态的声明，而是一个可以被运行的语句。

更具体来说，Python 中的 class 就像一个字典一样，存储着属性（attr）键值对，比如说“数据名-数据”或者“函数名-函数体”（得益于函数式编程，变量和函数没有明显的分别）。我们定义一个 class 的过程，就类似于创建一个字典的过程。

再更进一步，创建 class 这个字典的时候，具体发生了什么？我们可以这样理解，我们平时习惯的 class 语法，其实一个语法糖，实际发生的，是根据 Metaclass 创建 class 的过程，这就像根据 class 创建 instance 的过程一样。

常规情况下，类的 metaclass 是 type ，我们可以用 type 来这样定义一个类：

def fn(self):
    print('Hello, world')
 
# 创建一个名为 Example ，继承 Object ，属性有 hello 和 data 的类
Example = type('Example', (object, ), dict(hello=fn, data=3))
e = Example()
e.hello()
print(e.data)

更进一步，这种显式声明的方式还是不够优雅，实际上在 class 被定义的时候，它的 metacalss 中的 __new__(cls, name, bases, attrs) 方法会被调用， __new__ 函数的四个参数依次是：

  1. cls: 当前准备创建的类的对象；
  2. name: 类的名字；
  3. bases: 类继承的父类集合；
  4. attrs: 类的方法集合。
class DemoMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        print(f'Declare class {name}') # 打印类名
        attrs['hello'] = lambda self: print('Hello, world')
        return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
 
# 在这里会输出：
# Declare class DemoClass
class DemoClass(metaclass=DemoMeta):
    pass
 
demo = DemoClass()
# demo 天然就有一个方法
# Hello, world
demo.hello()

总之利用 metaclass ，我们可以采用一种元编程的手段，来使得 class 在定义时就具有很多能力。

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