python - 元类的继承

Question

在这个众所周知的answer这解释了 Python 中的元类。它提到 __metaclass__ 属性不会被继承。

但事实上，我在 Python 中尝试过:

class Meta1(type):
    def __new__(cls, clsname, bases, dct):
        print "Using Meta1"
        return type.__new__(cls, clsname, bases, dct)

# "Using Meta1" printed
class Foo1:
    __metaclass__ = Meta1

# "Using Meta1" printed
class Bar1(Foo1):
    pass

正如预期的那样，Foo 和 Bar 都使用 Meta1 作为元类并按预期打印字符串。

但在下面的示例中，当返回 type(...) 而不是 type.__new__(...) 时，元类不再被继承:

class Meta2(type):
    def __new__(cls, clsname, bases, dct):
        print "Using Meta2"
        return type(clsname, bases, dct)

# "Using Meta2" printed
class Foo2:
    __metaclass__ = Meta2

# Nothing printed
class Bar2(Foo2):
    pass

检查 __metaclass__ 和 __class__ 属性，我可以看到:

print Foo1.__metaclass__ # <class '__main__.Meta1'>
print Bar1.__metaclass__ # <class '__main__.Meta1'>
print Foo2.__metaclass__ # <class '__main__.Meta2'>
print Bar2.__metaclass__ # <class '__main__.Meta2'>

print Foo1.__class__ # <class '__main__.Meta1'>
print Bar1.__class__ # <class '__main__.Meta1'>
print Foo2.__class__ # <type 'type'>
print Bar2.__class__ # <type 'type'>

总结:

1. __metaclass__ 和 __class__ 都会继承自基类。

2. Meta2定义的创建行为将用于Foo2，虽然Foo2.__class__实际上是type.

3. Bar2中的__metaclass__属性是Meta2，但是Bar2的创建行为不是做作的。换句话说，Bar2 使用 type 作为其“真正的”元类，而不是 Meta2。

这些观察结果让我对 __metaclass__ 的继承机制有点模糊。

我的猜测是:

1. 当直接将类(例如Meta1)分配给另一个类'Foo1'的__metaclass__属性时，它是__metaclass__属性生效。

2. 当子类在定义时没有显式设置__metaclass__属性。基类的 __class__ 属性而不是 __metaclass__ 属性将决定子类的“真实”元类。

我的猜测正确吗？ Python如何处理元类的继承？

Answer 1

你在猜测很多，而 Python 的极简主义和“特殊情况还不足以打破规则”。指令，让它更容易理解。

在 Python2 中，类主体中的 __metaclass__ 属性在类创建时用于调用该类将成为的“类”。通常它是名为 type 的类。需要澄清的是，那一刻是在解析器解析了类主体之后，在编译器将其编译为代码对象之后，并且在程序运行时实际运行之后，并且只有 __metaclass__ 是显式的在该类(class)机构中提供。

所以让我们检查一下这样的情况:

class A(object):
    __metaclass__ = MetaA

class B(A):
    pass

A 的主体中有 __metaclass__ - MetaA 被调用而不是 type 以使其成为“类”目的”。B 的主体中没有 __metaclass__。创建后，如果您只是尝试访问 __metaclass__ 属性，它是一个与其他任何属性一样的属性，它将是可见的，因为 Python 将从父类(super class) A 中获取它。如果您检查 A.__dict__，您将看到 __metaclass__，如果您检查 B.__dict__，则不会。

创建 B 时，A.__metaclass__ 属性根本未使用。如果在声明 B 之前在 A 中更改它，仍将使用与 A 相同的元类 - 因为 Python 确实使用父类的类型作为缺少显式 __metaclass__ 声明的元类。

举例说明:

In [1]: class M(type): pass

In [2]: class A(object): __metaclass__ = M

In [3]: print "class: {}, metaclass_attr: {}, metaclass_in_dict: {}, type: {}".format(A.__class__, A.__metaclass__, A.__dict__.get("__metaclass__"), type(A))
class: <class '__main__.M'>, metaclass_attr: <class '__main__.M'>, metaclass_in_dict: <class '__main__.M'>, type: <class '__main__.M'>

In [4]: class B(A): pass

In [5]: print "class: {}, metaclass_attr: {}, metaclass_in_dict: {}, type: {}".format(B.__class__, B.__metaclass__, B.__dict__.get("__metaclass__"), type(B))
class: <class '__main__.M'>, metaclass_attr: <class '__main__.M'>, metaclass_in_dict: None, type: <class '__main__.M'>

In [6]: A.__metaclass__ = type

In [8]: class C(A): pass

In [9]: print "class: {}, metaclass_attr: {}, metaclass_in_dict: {}, type: {}".format(C.__class__, C.__metaclass__, C.__dict__.get("__metaclass__"), type(C))
class: <class '__main__.M'>, metaclass_attr: <type 'type'>, metaclass_in_dict: None, type: <class '__main__.M'>

此外，如果您尝试通过调用 type 而不是使用带有 class 语句的主体来创建类，__metaclass__也只是一个普通的属性:

In [11]: D = type("D", (object,), {"__metaclass__": M})

In [12]: type(D)
type

到目前为止的总结:Python 2 中的 __metaclass__ 属性只有在作为 class block 语句。它是一个普通属性，之后没有特殊属性。

Python3 都摆脱了这种奇怪的“__metaclass__ 属性现在不好”，并允许通过更改语法以指定元类来进一步自定义类主体。 (就像在 class 语句本身上声明它是一个“metaclass named parameter”一样)

现在，对于引起您怀疑的第二部分:如果在元类的 __new__ 方法中调用 type 而不是 type.__new__，Python 无法“知道”正在从派生元类调用 type。当您调用 type.__new__ 时，您将 cls 属性作为其第一个参数传递给您的元类的 __new__ 本身由运行时传递:这就是将生成的类标记为 type 的子类的实例。 这就像继承适用于 Python 中的任何其他类一样 - 所以这里“没有特殊行为”:

所以，找出不同之处:

class M1(type):
    def __new__(metacls, name, bases, attrs):
         cls = type.__new__(metacls, name, bases, attrs)
         # cls now is an instance of "M1"
         ...
         return cls


class M2(type):
    def __new__(metacls, name, bases, attrs):
         cls = type(name, bases, attrs)
         # Type does not "know" it was called from within "M2"
         # cls is an ordinary instance of "type"
         ...
         return cls

在交互提示中可以看到:

In [13]: class M2(type):
   ....:     def __new__(metacls, name, bases, attrs):
   ....:         return type(name, bases, attrs)
   ....:     

In [14]: class A(M2): pass

In [15]: type(A)
Out[15]: type

In [16]: class A(M2): __metaclass__ = M2

In [17]: A.__class__, A.__metaclass__
Out[17]: (type, __main__.M2)

(请注意，元类 __new__ 方法的第一个参数是元类本身，因此更恰本地命名为 metacls 而不是 cls 在您的代码中，并且在很多代码中“在野外”)