面试题：Python元类与类继承机制的深度结合

Question

在Python中，元类是创建类的类。请结合类继承机制，说明如何使用元类来动态修改类继承体系，比如在子类继承父类时，自动为子类添加特定的方法或属性，并且解释这一过程中类继承机制和元类机制是如何协同工作的。

Answer 1

1. 定义元类：

   class MetaClass(type):
       def __new__(cls, name, bases, attrs):
           new_attrs = attrs.copy()
           # 为子类添加特定方法
           def new_method(self):
               return "这是自动添加的方法"
           new_attrs['new_method'] = new_method
           # 为子类添加特定属性
           new_attrs['new_attribute'] = '这是自动添加的属性'
           return super().__new__(cls, name, bases, new_attrs)
   

2. 使用元类定义父类：

   class Parent(metaclass = MetaClass):
       pass
   

3. 定义子类：

   class Child(Parent):
       pass
   

4. 类继承机制和元类机制协同工作解释：

   • 类继承机制：子类（如Child）从父类（如Parent）继承属性和方法。当创建Child实例时，它可以访问父类的属性和方法，如果父类中没有相应的属性或方法，会按照MRO（方法解析顺序）继续向上查找。
   • 元类机制：元类（如MetaClass）负责创建类。在创建类（如Parent和Child）时，__new__方法被调用。__new__方法接收类的名称、基类元组和属性字典作为参数。在__new__方法中，我们可以动态修改属性字典，为类添加新的方法或属性，然后通过super().__new__创建并返回新的类对象。这样，在子类继承父类的过程中，由于父类是由元类创建，子类也会继承元类为父类添加的方法和属性。

5. 验证：

   child = Child()
   print(child.new_method())
   print(child.new_attribute)
   

   输出结果：

   这是自动添加的方法
   这是自动添加的属性