深刻理解Python中的元類(metaclass)
譯註：這是一篇在Stack overflow上很熱的帖子。提問者自稱已經掌握了有關Python OOP程式設計中的各種概念，但始終覺得元類(metaclass)難以理解。他知道這肯定和自省有關，但仍然覺得不太明白，希望大家可以給出一些實際的例子和程式碼片段以幫助理解，以及在什麼情況下需要進行超程式設計。於是e-satis同學給出了神一般的回覆，該回復獲得了985點的贊同點數，更有人評論說這段回覆應該加入到Python的官方文件中去。而e-satis同學本人在Stack Overflow中的聲望積分也高達64271分。以下就是這篇精彩的回覆（提示：非常長）
類也是物件
在理解元類之前，你需要先掌握Python中的類。Python中類的概念借鑑於Smalltalk，這顯得有些奇特。在大多數程式語言中，類就是一組用來描述如何生成一個物件的程式碼段。在Python中這一點仍然成立：
| 123456 | >>>classObjectCreator( |
但是，Python中的類還遠不止如此。類同樣也是一種物件。是的，沒錯，就是物件。只要你使用關鍵字class，Python直譯器在執行的時候就會建立一個物件。下面的程式碼段：
Python| 123 | >>>classObjectCreator(object):…pass… |
將在記憶體中建立一個物件，名字就是ObjectCreator。這個物件（類）自身擁有建立物件（類例項）的能力，而這就是為什麼它是一個類的原因。但是，它的本質仍然是一個物件，於是乎你可以對它做如下的操作：
1) 你可以將它賦值給一個變數
2) 你可以拷貝它
3) 你可以為它增加屬性
4) 你可以將它作為函式引數進行傳遞
下面是示例：
Python| 1234567891011121314151617 | >>>printObjectCreator# 你可以列印一個類，因為它其實也是一個物件<class'__main__.ObjectCreator'>>>>defecho(o):…printo…>>>echo(ObjectCreator)# 你可以將類做為引數傳給函式<class'__main__.ObjectCreator'>>>>printhasattr(ObjectCreator,'new_attribute')Fasle>>>ObjectCreator.new_attribute='foo'# 你可以為類增加屬性>>>printhasattr(ObjectCreator,'new_attribute')True>>>printObjectCreator.new_attributefoo>>>ObjectCreatorMirror=ObjectCreator# 你可以將類賦值給一個變數>>>printObjectCreatorMirror()<__main__.ObjectCreator objectat0x8997b4c> |
動態地建立類
因為類也是物件，你可以在執行時動態的建立它們，就像其他任何物件一樣。首先，你可以在函式中建立類，使用class關鍵字即可。
Python| 123456789101112131415 | >>>defchoose_class(name):…ifname=='foo':…classFoo(object):…pass…returnFoo# 返回的是類，不是類的例項…else:…classBar(object):…pass…returnBar…>>>MyClass=choose_class('foo')>>>printMyClass# 函式返回的是類，不是類的例項<class'__main__'.Foo>>>>printMyClass()# 你可以通過這個類建立類例項，也就是物件<__main__.Foo objectat0x89c6d4c> |
但這還不夠動態，因為你仍然需要自己編寫整個類的程式碼。由於類也是物件，所以它們必須是通過什麼東西來生成的才對。當你使用class關鍵字時，Python直譯器自動建立這個物件。但就和Python中的大多數事情一樣，Python仍然提供給你手動處理的方法。還記得內建函式type嗎？這個古老但強大的函式能夠讓你知道一個物件的型別是什麼，就像這樣：
Python| 12345678 | >>>printtype(1)<type'int'>>>>printtype("1")<type'str'>>>>printtype(ObjectCreator)<type'type'>>>>printtype(ObjectCreator())<class'__main__.ObjectCreator'> |
這裡，type有一種完全不同的能力，它也能動態的建立類。type可以接受一個類的描述作為引數，然後返回一個類。（我知道，根據傳入引數的不同，同一個函式擁有兩種完全不同的用法是一件很傻的事情，但這在Python中是為了保持向後相容性）
type可以像這樣工作：
Python| 1 | type(類名,父類的元組（針對繼承的情況，可以為空），包含屬性的字典（名稱和值）) |
比如下面的程式碼：
Python| 12 | >>>classMyShinyClass(object):…pass |
可以手動像這樣建立：
Python| 12345 | >>>MyShinyClass=type('MyShinyClass',(),{})# 返回一個類物件>>>printMyShinyClass<class'__main__.MyShinyClass'>>>>printMyShinyClass()# 建立一個該類的例項<__main__.MyShinyClass objectat0x8997cec> |
你會發現我們使用“MyShinyClass”作為類名，並且也可以把它當做一個變數來作為類的引用。類和變數是不同的，這裡沒有任何理由把事情弄的複雜。
type 接受一個字典來為類定義屬性，因此
Python| 12 | >>>classFoo(object):…bar=True |
可以翻譯為：
Python| 1 | >>>Foo=type('Foo',(),{'bar':True}) |
並且可以將Foo當成一個普通的類一樣使用：
Python| 123456789 | >>>printFoo<class'__main__.Foo'>>>>printFoo.barTrue>>>f=Foo()>>>printf<__main__.Foo objectat0x8a9b84c>>>>printf.barTrue |
當然，你可以向這個類繼承，所以，如下的程式碼：
Python| 12 | >>>classFooChild(Foo):…pass |
就可以寫成：
Python| 12345 | >>>FooChild=type('FooChild',(Foo,),{})>>>printFooChild<class'__main__.FooChild'>>>>printFooChild.bar# bar屬性是由Foo繼承而來True |
最終你會希望為你的類增加方法。只需要定義一個有著恰當簽名的函式並將其作為屬性賦值就可以了。
Python| 1234567891011 | >>>defecho_bar(self):…printself.bar…>>>FooChild=type('FooChild',(Foo,),{'echo_bar':echo_bar})>>>hasattr(Foo,'echo_bar')False>>>hasattr(FooChild,'echo_bar')True>>>my_foo=FooChild()>>>my_foo.echo_bar()True |
你可以看到，在Python中，類也是物件，你可以動態的建立類。這就是當你使用關鍵字class時Python在幕後做的事情，而這就是通過元類來實現的。
到底什麼是元類（終於到主題了）
元類就是用來建立類的“東西”。你建立類就是為了建立類的例項物件，不是嗎？但是我們已經學習到了Python中的類也是物件。好吧，元類就是用來建立這些類（物件）的，元類就是類的類，你可以這樣理解 為：
Python| 12 | MyClass=MetaClass()MyObject=MyClass() |
你已經看到了type可以讓你像這樣做：
Python| 1 | MyClass=type('MyClass',(),{}) |
這是因為函式type實際上是一個元類。type就是Python在背後用來建立所有類的元類。現在你想知道那為什麼type會全部採用小寫形式而不是Type呢？好吧，我猜這是為了和str保持一致性，str是用來建立字串物件的類，而int是用來建立整數物件的類。type就是建立類物件的類。你可以通過檢查__class__屬性來看到這一點。Python中所有的東西，注意，我是指所有的東西——都是物件。這包括整數、字串、函式以及類。它們全部都是物件，而且它們都是從一個類建立而來。
Python| 12345678910111213 | >>>age=35>>>age.__class__<type'int'>>>>name='bob |