面试题：Python元编程之中等难度：描述元类使用场景

Question

请描述在Python中，元类通常在哪些场景下会被使用？并简单举例说明如何使用元类来改变类的创建行为。

Answer 1

元类使用场景

1. 自动化类的创建：在大型项目中，可能需要根据不同配置或条件自动化创建类。例如，根据数据库表结构动态生成相应的Python类。
2. 强制类的结构规范：确保所有类遵循特定的结构或接口。比如，所有数据模型类都必须有特定的属性或方法。
3. 实现设计模式：如单例模式，通过元类可以轻松实现类级别的单例，保证一个类只有一个实例。

改变类创建行为示例

class MetaClass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        # 改变类属性
        new_attrs = {key: value for key, value in attrs.items() if not key.startswith('__')}
        new_attrs['new_attribute'] = 'This is a new attribute added by metaclass'
        return super().__new__(cls, name, bases, new_attrs)


class MyClass(metaclass=MetaClass):
    original_attribute = 'This is an original attribute'


obj = MyClass()
print(obj.original_attribute)
print(obj.new_attribute)

在上述示例中，定义了一个元类 MetaClass，在 __new__ 方法中，过滤掉以双下划线开头的属性，并添加了一个新的属性 new_attribute。MyClass 使用 MetaClass 作为元类，从而在创建时改变了类的属性结构。