面试题：Python元类中函数实参与形参的复杂应用

Question

在Python元类的`__new__`或`__init__`方法中，涉及到类创建过程中对各种参数的处理。请详细阐述实参和形参在元类这种复杂场景下是如何传递、解析和使用的，并且举例说明如何利用元类中函数的参数机制实现类的动态创建与定制，包括但不限于控制类属性的生成、方法的绑定等。

Answer 1

1. 实参和形参在元类中的传递、解析和使用

在Python中，元类是用于创建类的类。当我们定义一个类时，实际上是调用了元类的__new__方法来创建类对象，之后调用__init__方法对类对象进行初始化。

形参

元类的__new__和__init__方法的形参定义了在创建类时可以接收的参数。__new__方法的典型签名为：

def __new__(cls, name, bases, attrs, **kwargs):
    pass

• cls：当前元类。
• name：要创建的类的名称，是一个字符串。
• bases：要创建的类的基类，是一个元组。
• attrs：一个字典，包含要创建的类的属性和方法。
• **kwargs：额外的关键字参数。

__init__方法的典型签名为：

def __init__(self, name, bases, attrs, **kwargs):
    pass

参数含义与__new__类似，不过self是已经创建好的类对象（在__new__中返回的对象）。

实参

当定义一个类并指定元类时，实参通过类定义的语法传递。例如：

class MyMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs, custom_param=None):
        # 处理参数
        if custom_param:
            attrs['custom_attr'] = custom_param
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)


class MyClass(metaclass=MyMeta, custom_param='Hello'):
    pass

这里custom_param='Hello'就是传递给元类的实参，在元类的__new__方法中可以解析和使用这个参数。

2. 利用元类中函数的参数机制实现类的动态创建与定制

控制类属性的生成

class AttrMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs, prefix=''):
        new_attrs = {}
        for key, value in attrs.items():
            new_key = prefix + key
            new_attrs[new_key] = value
        return super().__new__(cls, name, bases, new_attrs)


class MyClass(metaclass=AttrMeta, prefix='custom_'):
    value = 42


obj = MyClass()
print(hasattr(obj, 'custom_value'))  # 输出: True

在这个例子中，元类AttrMeta通过prefix参数动态修改类属性的名称。

方法的绑定

def custom_method(self):
    return "This is a custom method"


class MethodMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs, bind_method=False):
        if bind_method:
            attrs['custom_method'] = custom_method
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)


class MyClass(metaclass=MethodMeta, bind_method=True):
    pass


obj = MyClass()
print(obj.custom_method())  # 输出: This is a custom method

在这个例子中，元类MethodMeta根据bind_method参数决定是否将custom_method绑定到类上。