Python中类创建和实例化过程

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一、 type()

1、创建类的两种方式

方式一

class MyClass(object):
    def func(self,name):
        print(name)

myc = MyClass()

print(MyClass, type(MyClass))
print(myc, type(myc))

我们创建了一个名为MyClass的类，并实例化了这个类，得到其对象myc

上面代码打印的结果为：

<class '__main__.MyClass'>    <class 'type'>
<__main__.MyClass object at 0x0288F8F0>   <class '__main__.MyClass'>

type()函数可以查看一个类型或变量的类型，MyClass是一个class，它的类型就是type，而myc是一个实例，它的类型就是class MyClass。

我们说class的定义是运行时动态创建的，而创建class的方法就是使用type()函数。

type()函数既可以返回一个对象的类型，又可以创建出新的类型，比如，我们可以通过type()函数创建出MyClass类，而无需通过Class MyClass(object)...的定义：

方式二

动态创建类
type(类名, 父类的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性的字典（名称和值）)

def fn(self, name='world'): # 先定义函数
    print('Hello, %s.' % name)

MyClass = type('MyClass', (object,), {'func':fn}) # 创建MyClass类,得到一个type的类对象
# MyClass = type('MyClass', (object,), {'func':lambda self,name:name}) # 创建MyClass类

myc=MyClass()

print(MyClass, type(MyClass))
print(myc, type(myc))

打印结果：

<class '__main__.MyClass'> 　　<class 'type'>
<__main__.MyClass object at 0x0364B830> 　　<class '__main__.MyClass'>

要创建一个class对象，type()函数依次传入3个参数：

• class的名称；
• 继承的父类集合，注意Python支持多重继承，如果只有一个父类，别忘了tuple的单元素写法；
• class的方法名称与函数绑定，这里我们把函数fn绑定到方法名func上。

通过type()函数创建的类和直接写class是完全一样的，因为Python解释器遇到class定义时，仅仅是扫描一下class定义的语法，然后调用type()函数创建出class。

type就是创建类对象的类。你可以通过检查__class__属性来看到这一点。Python中所有的东西，注意，我是指所有的东西——都是对象。这包括整数、字符串、函数以及类。它们全部都是对象，而且它们都是从一个类(元类，默认为type，也可以自定制)创建而来。type也是由type创建。。

二、元类（metaclass）

除了使用type()动态创建类以外，要控制类的创建行为，还可以使用metaclass。

metaclass，直译为元类，简单的解释就是：

当我们定义了类以后，就可以根据这个类创建出实例，所以：先定义类，然后创建实例。

但是如果我们想创建出类呢？那就必须根据metaclass创建出类，所以：先定义元类（不自定义时，默认用type），然后创建类。

连接起来就是：先定义metaclass，就可以创建类，最后创建实例。

所以，metaclass允许你创建类或者修改类。换句话说，你可以把类看成是元类创建出来的“实例”。

默认情况下，类是使用type()构造的。类主体在一个新的名称空间中执行，类名在本地绑定到类型的结果(名称、基、名称空间)。

可以通过在类定义行中传递元类关键字参数来定制类创建过程，或者从包含此类参数的现有类继承。在下面的示例中，MyClass和MySubclass都是Meta的实例:

class Meta(type):
    pass

class MyClass(metaclass=Meta):
    pass

class MySubclass(MyClass):
    pass

使用metaclass的两种方式

class MyType(type):　　# 自定义一个type的派生类
    def __init__(self,*args,**kwargs):
　　　　print('xx')
       super(MyType,self).__init__(*args,**kwargs)

    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        obj = cls.__new__(cls,*args, **kwargs)
        cls.__init__(obj,*args, **kwargs)
        return obj

def with_metaclass(base):
    return MyType("MyType2",(base,),{})

# 方式一
class Foo(metaclass=MyType):　　# metaclass=MyType,即指定了由MyType创建Foo类，当程序运行，用到class Foo时，即调用MyType的__init__方法，创建Foo类
    def __init__(self,name):
        self.name = name


#方式二    在Flask的wtform的源码中用到过
# class Foo(with_metaclass(object)):
#     def __init__(self,name):
#         self.name = name


a=Foo('name')

方式一:即用类的形式

执行代码后，当遇到class Foo时即声明要创建一个Foo类，就会调用type的__init__方法创建类，由于此处（metaclass=MyType），即指定了Foo类的创建方式，所以会执行type的派生类MyType的__init__方法，创建Foo类，打印一次'xx'

• 一般情况下, 如果你要用类来实现metaclass的话，该类需要继承于type，而且通常会重写type的__new__方法来控制创建过程。

• 在metaclass里面定义的方法会成为类的方法，可以直接通过类名来调用

方式二：用函数的形式

构建一个函数，返回一个type的派生类对象，例如叫type的派生类, 需要3个参数：name, bases, attrs

• name: 类的名字
• bases: 基类，通常是tuple类型
• attrs: dict类型，就是类的属性或者函数

metaclass 原理

1.基础

metaclass的原理其实是这样的：当定义好类之后，创建类的时候其实是调用了type的__new__方法为这个类分配内存空间，创建好了之后再调用type的__init__方法初始化（做一些赋值等）。所以metaclass的所有magic其实就在于这个__new__方法里面了。

说说这个方法：__new__(cls, name, bases, attrs)

• cls: 将要创建的类，类似与self，但是self指向的是instance，而这里cls指向的是class

• name: 类的名字，也就是我们通常用类名.__name__获取的。

• bases: 基类

• attrs: 属性的dict。dict的内容可以是变量(类属性），也可以是函数（类方法）。

所以在创建类的过程，我们可以在这个函数里面修改name，bases，attrs的值来自由的达到我们的功能。这里常用的配合方法是

getattr和setattr（just an advice)

2.查找顺序

元类是由以下优先规则决定的:

如果“元类”存在，它就被使用了。

否则，如果至少有一个基类，则使用它的元类(这首先查找类属性，如果没有找到，则使用它的类型)。

否则，如果一个名为元类的全局变量存在，就会使用它。

三、 __init__，__new__，__call__三个特殊方法

• __new__： 对象的创建，是一个静态方法，第一个参数是cls。(想想也是，不可能是self，对象还没创建，哪来的self),其必须要有返回值，返回实例化出来的实例，需要注意的是，可以return父类__new__()出来的实例，也可以直接将object的__new__()出来的实例返回。

• __init__ ： 对象的初始化， 是一个实例方法，第一个参数是self，该self参数就是__new__()返回的实例，__init__()在__new__()的基础上可以完成一些其它初始化的动作，__init__()不需要返回值。

• __call__ ： 对象可call，注意不是类，是对象。

1.对于__new__

class Bar(object):
    pass

class Foo(object):
    def __new__(cls, *args, **kwargs):
        return Bar()

print(Foo()) 

打印结果为：

<__main__.Bar object at 0x0090F930>

可以看到，输出来是一个Bar对象。

__new__方法在类定义中不是必须写的，如果没定义，默认会调用object.__new__去创建一个对象。如果定义了，就是会覆盖,使用自定义的，这样就可以自定制创建对象的行为。

2.对于__init__

class Person(object):

  def __init__(self, name, age):
    self.name = name
    self.age = age
    print('执行__init__')

  def __new__(cls, *args, **kwargs):
      obj = object.__new__(cls) # 创建对象
      print('执行__new__方法')
      return obj

p1 = Person('hc', 24)
print(p1)

打印结果：

执行__new__方法
执行__init__
<__main__.Person object at 0x028EB830>

__init__ 方法通常用在初始化一个类实例的时候，但__init__其实不是实例化一个类的时候第一个被调用 的方法。当使用 Persion(name, age) 这样的表达式来实例化一个类时，最先被调用的方法 其实是 __new__ 方法。从打印结果就可以看出来

若__new__()没有正确返回当前类cls的实例，那__init__()将不会被调用，即使是父类的实例也不行。

3.对于__call__

　　对象通过提供__call__(slef, *args ,**kwargs)方法可以模拟函数的行为，如果一个对象x提供了该方法，就可以像函数一样使用它，也就是说x(arg1, arg2...) 等同于调用x.__call__(self, arg1, arg2) 。

class Foo(object): 
  def __call__(self): 
    pass 
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f = Foo()    #类()，即执行元类的__call__
f()    #对象()，即执行Foo的__call__ 

4、实例化对象的完整过程

class Foo(Bar):
    pass

当我们写如这段代码时，Python做了如下的操作：

Foo中有metaclass这个属性吗？如果是，Python会在内存中通过metaclass创建一个名字为Foo的类对象（我说的是类对象，请紧跟我的思路）。如果Python没有找到metaclass，它会继续在Bar（父类）中寻找metaclass属性，并尝试做和前面同样的操作。如果Python在任何父类中都找不到metaclass，它就会在模块层次中去寻找metaclass，并尝试做同样的操作。如果还是找不到metaclass,Python就会用内置的type来创建这个类对象。

把上面这段话反复读几次，现在的问题就是，你可以在metaclass中放置些什么代码呢？

答案就是：可以创建一个类的东西。

那么什么可以用来创建一个类呢？

type，或者任何使用到type或者子类化type的东东都可以。

以上面的代码为例，我们实例化一个对象obj=Foo()时，会先执行Foo类的__new__方法，没写时，用父类的__new__方法，创建一个对象，并返回，然后执行__init__方法（自己有就用自己的，没有就用父类的），对创建的对象进行初始化。

obj()会执行Foo类的__call__方法，没有则用父类的

我们现在已经知道，类也是对象，是元类的对象，即我们实例化一个类时，调用其元类的__call__方法。

元类处理过程：定义一个类时，使用声明或者默认的元类对该类进行创建，对元类求type运算，得到父元类（该类声明的元类的父元类），调用父元类的__call__函数，在父元类的__call__函数中, 调用该类声明的元类的__new__函数来创建对象（该函数需要返回一个对象（指类）实例），然后再调用该元类的__init__初始化该对象（此处对象是指类，因为是元类创建的对象），最终返回该类

1.对象是类创建，创建对象时候类的__init__方法自动执行，对象()执行类的__call__方法
2.类是type创建，创建类时候type的__init__方法自动执行，类() 执行type的 __call__方法(类的__new__方法,类的__init__方法)

原始type的__call__应该是参数结构应该是：

metaname, clsname, baseclasses, attrs

原始type的__new__

metaname, clsname, baseclasses, attrs

原始type的__init__

class_obj, clsname, baseclasses, attrs

元类的__new__和__init__影响的是创建类对象的行为，父元类的__call__控制对子元类的 __new__，__init__的调用，就是说控制类对象的创建和初始化。父元类的__new__和__init__由更上层的控制，

一般来说，原始type是最初的父元类，其__new__和__init__是具有普遍意义的，即应该是分配内存、初始化相关信息等

元类__call__影响的是创建类的实例对象的行为，此时如果类自定义了__new__和__init__就可以控制类的对象实例的创建和初始化

__new__和__init__ 影响的是创建对象的行为，当这些函数在元类中时，影响创建的是类；同理，当这俩个函数在普通类中时，影响创建的是普通的对象实例。

__call__ 影响()调用行为, __call__是在创建类的时候调用，即: class Test(object): __metaclass__=type, 定义类时就是创建类，此时会调用元类的__call__，如果元类有继承，子元类定义时执行的是父元类的__call__。
如果是普通类实例化对象，调用的是普通类的__call__

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