Python进阶：Python进阶：理解元类创建类ABCMeta

  • 一、理解元类（Meta class）
  • 1.1 元类直观理解
  • 1.2 Python官方文档给出的元类描述
  • 二、理解抽象基类（ABC, Abstract Base Classes）
  • 2.1 Python官方文档给出的抽象基类概念
  • 2.2 抽象基类abc模块源码注释理解
  • 三、理解ABCMeta
  • 3.1 理解ABCMeta
  • 3.2 创建ABCMeta类的过程

一、理解元类（Meta class）

要想理解ABCMeta类，我们需要先理解元类。

1.1 元类直观理解

理解元类：
（1）元类的含义：Meta类就是元类——类的类，在Python中定义类的关键字class也是一个对象，那么实例化class对象的类就是元类。元类的目的就是为了控制类的创建行为。
（2）元类的生成：type作为Python的内建元类，是用来控制类的生成的，class对象就是type实例化生成的。
（3）Python中类的创建方法：因此，Python中创建类的方法其实有两种：（a）使用class关键字；（2）通过type关键字

1.2 Python官方文档给出的元类描述

有了上面的直观理解，再来看看Python中文官网文档的第3节的数据类型：3.3.3.1元类中对元类的表述：

metaclass元类：一种用于创建类的类。类定义包含类名、类字典和基类列表。元类负责接受上述三个参数并创建相应的类。大部分面向对象的编程语言都提供一个默认实现。Python的特别之处在于可以创建自定义元类。大部分用户永远不需要这个工具，但当需要出现时，元类可提供求强而优雅的解决方案。它们已被用于记录属性访问日至、添加线程安全性、跟踪对象创建、实现单例，以及其他很多任务。

默认情况下，Python的类是使用type()来构建的。类体将在一个新的命令空间内执行，类名会被局部绑定到type(name, bases, namespace)的结果。

类创建过程可通过在定义行传入metaclass关键字参数，或通过继承一个包含此参数的现有类来进行定制。在以下示例中，MyClass和MySubclass都是Meta的实例：

python创建类没写init方法 python创建类temperature_python创建类没写init方法

二、理解抽象基类（ABC, Abstract Base Classes）

2.1 Python官方文档给出的抽象基类概念

Python中文手册中的手册术语对照表中对抽象基类的表述如下：

abstract base class – 抽象基类：抽象基类简称ABC，是对duck-typing（鸭子类型）的补充，它提供了一种定义接口的新方式，相比之下其他及其例如hasattr()显得过于笨拙或有微妙错误（例如使用魔法方法）。ACB引入了虚拟子类，这种类并非继承子其他类，但却能被isinstance()和issubclass()所认可。Python自带许多内置的ABC用于实现数据结构（在collections.abc模块中）、数字（在numbers模块中）、流（在io模块中）、导入查找其和加载器（在importlib.abc模块中）。

由于下面在查看ABCMeta源码中的注释及示例时，用到isinstance()和issubclass()两个函数，这里解释以下它们的作用：

  • （1）isinstance(object, classinfo)：如果object参数是classinfo参数的实例，或其（直接、间接或virtual）子类的实例，则返回True；否则返回False。
  • （2）issubclass(class, classinfo)：如果class是classinfo（或其直接、间接或virtual）的子类，则返回True；否则返回False。

2.2 抽象基类abc模块源码注释理解

Python库包中的abc定义了抽象基类（ABC, Abstract Base Classes）的组件。abc模块提供了一个抽象基类元类（ABCMeta），用来定义抽象类。同时提供了一个工具类ABC，可以用它以继承的方式定义抽象基类。由下图的abc模块的组成结构图，可以看出ABCMeta类的数据类型为type类型，可以用来生成ABC类（其类型为ABCMeta类型）。

python创建类没写init方法 python创建类temperature_bc_02


abc.ABC类

abc.ABC是一个使用ABCMeta作为元类的工具类。抽象基类可以通过ABC派生来简单地创建：

python创建类没写init方法 python创建类temperature_ABCMeta_03


注意，ABC的类型仍然是ABCMeta。简单来说，abc模块、ABCMeta类、ABC类关系如下图所示：

python创建类没写init方法 python创建类temperature_ABCMeta_04

三、理解ABCMeta

3.1 理解ABCMeta

有了元类、抽象基类两个概念的感性认识，这个时候就容易理解ABCMeta了。

abc.ABCMeta是用来定义抽象基类ABC的元类。使用ABCMeta元类创建抽象基类，并可以像mix-in类一样直接被子类继承。同时，我们也可以将不相关的具体类（包括内建类）和抽象基类注册为“抽象子类”——这些类以及它们的子类会被内建函数 issubclass()识别为对应的抽象基类的子类，但是该抽象基类不会出现在其 MRO（Method Resolution
Order，方法解析顺序）中，抽象基类中实现的方法也不可调用（即使通过 super() 调用也不行）。

3.2 创建ABCMeta类的过程

使用ABCMeta元类创建的类可以使用register(subclass)方法，register(subclass)将“子类”注册为该抽象基类的“抽象子类”，比如下面的例子：

python创建类没写init方法 python创建类temperature_bc_05