最牛逼的 Python Metaclasses：你所不知道的类的类！

在 Python 中，metaclasses（元类）是一个相对高级的概念，但它的强大之处在于能够定义和控制类的创建方式。简单来说，metaclass 就是用来创建类的类。通过元类，你可以定制类的行为、属性和方法，从而实现一些高级特性。

什么是 Metaclass？

在 Python 中，一切都是对象，类本身也是对象。Python 中的每一个类都是某个 metaclass 的实例，默认的 metaclass 是 type。当你定义一个类时，Python 实际上是在背后调用了 type 来创建这个类。

以下是一个简单的示例：

class MyClass:
    pass

print(type(MyClass))  # <class 'type'>

在这个示例中，MyClass 是 type 的一个实例。这就意味着你可以使用 metaclass 来创建自定义的类。

创建 Metaclass

要创建一个 metaclass，你需要定义一个类并从 type 继承。然后重写 __new__ 或 __init__ 方法，以便在创建类时进行自定义。

示例：一个简单的 Metaclass

让我们看一个有趣的例子，创建一个 metaclass，它会自动为所有方法添加日志功能：

class LoggingMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 遍历类中的所有方法
        for key, value in attrs.items():
            if callable(value):
                # 用装饰器包裹方法，添加日志
                attrs[key] = cls.log_method(value)
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

    @staticmethod
    def log_method(method):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print(f'Calling method {method.__name__} with args: {args}, kwargs: {kwargs}')
            return method(*args, **kwargs)
        return wrapper

class MyClass(metaclass=LoggingMeta):
    def hello(self, name):
        return f'Hello, {name}!'

# 测试
obj = MyClass()
print(obj.hello('World'))

在这个例子中，我们创建了一个 LoggingMeta metaclass，它遍历了类中的所有方法，并使用 log_method 装饰器为每个方法添加了日志输出。当我们调用 hello 方法时，会先打印出调用信息。

更复杂的 Metaclass 应用

除了添加功能，metaclasses 还可以控制类的属性和行为。例如，我们可以确保类中定义的所有属性都是大写的：

class UppercaseMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        uppercase_attrs = {key.upper(): value for key, value in attrs.items()}
        return super().__new__(cls, name, bases, uppercase_attrs)

class MyClass(metaclass=UppercaseMeta):
    my_attr = "This will be uppercase"

# 测试
print(MyClass.__dict__)

在这个示例中，UppercaseMeta metaclass 会将类中所有属性的名称转换为大写。结果显示，my_attr 变成了 MY_ATTR。

结合其他特性

Metaclasses 还可以与其他 Python 特性结合使用。例如，使用 metaclass 和 dataclasses 一起，可以实现一些自动化的功能。

from dataclasses import dataclass

class AutoInitMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 自动添加 __init__ 方法
        def init(self, **kwargs):
            for key, value in kwargs.items():
                setattr(self, key, value)

        attrs['__init__'] = init
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

@dataclass
class MyClass(metaclass=AutoInitMeta):
    x: int
    y: int

# 测试
obj = MyClass(x=10, y=20)
print(obj.x, obj.y)