Что такое метаклассы в python, зачем они нужны и с чем их едят.

1. Магия метаклассов
Андрей Захаревич

2. Что такое объект
• поля
• методы
>>> foo = Foo()
>>> foo.bar
'bar'
>>> foo.baz()
'baz'
>>> print foo
<__main__.Foo object at 0x109e48a10>

3. Что такое класс
class Foo(object):
bar = 'bar'
def baz(self):
return 'baz'

4. Что такое класс
Класс — тоже объект
>>> print Foo
<class '__main__.Foo'>
>>> print hasattr(Foo, 'new_attribute')
False
>>> Foo.new_attribute = 'foo'
>>> print hasattr(Foo, 'new_attribute')
True
>>> print Foo.new_attribute
'foo'

5. Класс — это объект
>>> def choose_class(name):
... if name == 'foo':
... class Foo(object):
... pass
... return Foo
... else:
... class Bar(object):
... pass
... return Bar
...
>>> MyClass = choose_class('foo')
>>> print MyClass
<class '__main__.Foo'>
>>> print MyClass()
<__main__.Foo object at 0x89c6d4c>

6. Не очень динамично?

7. Функция type
>>> print type(1)
<type 'int'>
>>> print type('1')
<type 'str'>
>>> print type(Foo)
<type 'type'>
>>> print type(Foo())
<class '__main__.Foo'>
Определение типа…

8. Функция type
type(<имя класса>,
<кортеж родительских классов>,
# для наследования, может быть пустым
<словарь, содержащий атрибуты и их значения>)
…и не только

9. Функция type
class MyShinyClass(object):
pass
или же так
>>> MyShinyClass = type('MyShinyClass', (), {})
>>> print MyShinyClass
<class '__main__.MyShinyClass'>
>>> print MyShinyClass()
<__main__.MyShinyClass object at 0x109ee3290>

10. Посложнее
>>> class Foo(object):
... bar = True
>>> Foo = type('Foo', (), {'bar':True})
>>> print Foo
<class '__main__.Foo'>
>>> print Foo.bar
True
>>> f = Foo()
>>> print f
<__main__.Foo object at 0x8a9b84c>
>>> print f.bar
True

11. Наследуемся
>>> class FooChild(Foo):
... pass
>>> FooChild = type('FooChild', (Foo,), {})
>>> print FooChild
<class '__main__.FooChild'>
>>> print FooChild.bar
True

12. Добавим метод
>>> def echo_bar(self):
... print self.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

13. Что такое метакласс
• Класс создает объект
• Класс — тоже объект
• Метакласс создает класс
MyClass = MetaClass()
MyObject = MyClass()

14. type — метакласс
MyClass = type('MyClass', (), {})

15. Все — объект
>>> 42.__class__
<type 'int'>
>>> 'Hello world'.__class__
<type 'str'>
>>> def foo(): pass
>>> foo.__class__
<type 'function'>
>>> class Bar(object): pass
>>> b = Bar()
>>> b.__class__
<class '__main__.Bar'>

16. Класс класса
>>> 42.__class__.__class__
<type 'type'>
>>> 'Hello world'.__class__.__class__
<type 'type'>
>>> foo.__class__.__class__
<type 'type'>
>>> b.__class__.__class__
<type 'type'>

17. Атрибут __metaclass__
Приоритеты атрибута __metaclass__:
1. Класс
2. Родительские классы
3. Модуль (только для классов без родителя)
4. type
class Foo(object):
__metaclass__ = something...
[...]

18. Метакласс-функция
def upper_attr(future_cls_name, future_cls_parents,
future_cls_attr):
attrs = {}
for name, val in future_cls_attr.items():
if not name.startswith('__'):
attrs[name.upper()] = val
else:
attrs[name] = val
return type(future_cls_name,
future_cls_parents, attrs)

19. Метакласс-функция
class Foo(object):
__metaclass__ = upper_attr
bar = 'bar'
foo = Foo()
print hasattr(foo, 'bar') # False
print hasattr(foo, 'BAR') # True
print foo.BAR # bar

20. А теперь класс
class UpperAttrMetaclass(type):
def __new__(up_metacls, future_cls_name,
future_cls_parents, future_cls_attr):
attrs = {}
for name, val in future_cls_attr.items():
if not name.startswith('__'):
attrs[name.upper()] = val
else:
attrs[name] = val
return type(future_cls_name,
future_cls_parents, attrs)

21. А теперь класс
class UpperAttrMetaclass(type):
def __new__(up_metacls, future_cls_name,
future_cls_parents, future_cls_attr):
attrs = {}
for name, val in future_cls_attr.items():
if not name.startswith('__'):
attrs[name.upper()] = val
else:
attrs[name] = val
return type.__new__(up_metacls, future_cls_name,
future_cls_parents, attrs)

22. А теперь класс
class UpperAttrMetaclass(type):
def __new__(mcs, name, bases, dct):
attrs = {}
for name, val in dct.items():
if not name.startswith('__'):
attrs[name.upper()] = val
else:
attrs[name] = val
return super(UpperAttrMetaclass, mcs).
__new__(mcs, name, bases, attrs)

23. Магические методы
В обычном классе:
• __new__(cls, *args, **kwargs) — создает
инстанс объекта класса
• __init__(self, *args, **kwargs) —
инициализирует инстанс объект класса
• __call__(self, *args, **kwargs) —
вызывается при попытке вызвать инстанс класса

24. Магические методы
В метаклассе:
• __new__(mms, name, bases, dct) — создает
объект-класс
• __init__(cls, name, bases, dct) —
инициализирует объект-класс
• __call__(cls, *args, **kwargs) —
вызывается при попытке создать инстанс класса

25. Переопределение __call__
instance = constructor()
instance = MyClass()

26. Переопределение __call__
class MetaSingleton(type):
instance = None
def __call__(cls, *args, **kwargs):
if cls.instance is None:
cls.instance = super(MetaSingleton,cls).
__call__(*args, **kwargs)
return cls.instance
class Foo(object):
__metaclass__ = MetaSingleton
a = Foo()
b = Foo()
assert a is b

27. А что в python3?
1. Определить нужный метакласс
2. Подготовить пространство имен
3. Выполнить тело класса
4. Создать объект-класс

28. Определение метакласса
class Meta(type):
pass
class MyClass(metaclass=Meta):
pass
• Метакласс передается параметром, а не
атрибутом класса
• Метаклассов уровня модуля больше нет

29. Подготовка пространства имен
def __prepare__(mcs, cls, bases, **kwargs):
return dict()
Возвращает dict-like объект, в который будут записаны
атрибуты класса при интерпретации его тела.
Дополнительные параметры берутся из заголовка
class MyClass(metaclass=Meta, **kwargs):

30. Выполнение тела класса
exec(body, globals(), namespace)
namespace — то, что вернула функция __prepare__.
Если её нет, используется обычный dict.

31. Создание класса
def __new__(cls, name, bases, namespace,
**kwargs):
return type(name, bases, namespace)
Вместо словаря атрибутов мы получаем тот dict-like
объект, который создали в __prepare__.
Дополнительные параметры те же, что в __prepare__.

32. Зачем это все?

33. Скрываем сложности
• ORM
• Учет создаваемых объектов
• Проверка классов
• Прочая магия

34. ORM
class Person(models.Model):
name = models.CharField(max_length=30)
age = models.IntegerField()
guy = Person(name='Bob', age='35')
print guy.age

35. Если не метаклассы, то что?
• Декораторы классов
• Monkey-patching

36. Спасибо за внимание