面试题：Python元类在子类属性与方法定义中的高级应用

Question

使用元类定义一个基类`MetaBase`，要求所有继承自`MetaBase`的子类在定义时，如果子类没有显式定义某个特定属性（如`specific_attr`），则自动为该子类添加该属性，并且属性值为子类的类名。同时，如果子类没有定义特定方法（如`specific_method`），则自动为子类添加一个方法，该方法返回子类所有属性组成的字典。请编写完整的Python代码实现上述功能，并解释元类在此过程中的作用和工作原理。

Answer 1

class MetaBase(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        if'specific_attr' not in attrs:
            attrs['specific_attr'] = name
        if'specific_method' not in attrs:
            def specific_method(self):
                return self.__dict__
            attrs['specific_method'] = specific_method
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)


class SubClass(metaclass=MetaBase):
    pass


print(SubClass.specific_attr)
sub_obj = SubClass()
print(sub_obj.specific_method())

元类的作用和工作原理

1. 作用：元类在Python中是类的类，用于控制类的创建过程。通过定义元类，可以在类创建时动态地修改类的属性和方法，实现一些高级的元编程功能。在本题中，元类MetaBase用于确保所有继承自MetaBase的子类在定义时，如果缺少特定属性和方法，会自动添加。
2. 工作原理：
   • __new__方法是元类中用于创建类对象的特殊方法。它接收四个参数：cls（元类自身）、name（要创建的类的名称）、bases（要创建的类的基类元组）和attrs（要创建的类的属性字典）。
   • 在__new__方法中，首先检查attrs字典中是否存在specific_attr和specific_method。如果不存在，则根据需求添加相应的属性和方法。
   • 最后，通过调用super().__new__(cls, name, bases, attrs)来创建并返回新的类对象。这样，在创建子类时，元类MetaBase就会按照设定的规则对其进行修改。