面试题：Python中元类如何定义和使用

Question

请详细说明在Python中定义元类的方式，并且通过一个简单示例展示元类如何控制类的创建过程，例如在类创建时为类添加特定的属性或方法。

Answer 1

定义元类的方式

在Python中，定义元类通常有以下两种主要方式：

1. 继承 type 类：
   • 元类本质上是一个类，它继承自 type 类。type 类是Python中所有类的元类，即所有类都是 type 类的实例。
   • 定义元类时，重写 type 类的一些特殊方法，如 __new__、__init__ 等，来控制类的创建过程。
2. 使用 metaclass 关键字参数：
   • 在定义类时，可以通过传递 metaclass 关键字参数指定使用的元类。

示例展示元类控制类的创建过程

# 定义元类
class MyMeta(type):
    def __new__(mcs, name, bases, attrs):
        # 在类创建时添加一个新的属性
        attrs['new_attribute'] = 'This is a new attribute added by the metaclass'
        # 添加一个新的方法
        def new_method(self):
            return 'This is a new method added by the metaclass'
        attrs['new_method'] = new_method
        return super().__new__(mcs, name, bases, attrs)


# 使用元类创建类
class MyClass(metaclass = MyMeta):
    pass


# 实例化类
obj = MyClass()
print(obj.new_attribute)
print(obj.new_method())

在上述代码中：

1. 定义元类 MyMeta：
   • 继承自 type 类。
   • 重写 __new__ 方法，__new__ 方法负责创建类对象。在 __new__ 方法中，向类的属性字典 attrs 中添加了一个新的属性 new_attribute 和一个新的方法 new_method。然后调用 super().__new__ 创建并返回类对象。
2. 使用元类创建类 MyClass：
   • 通过 metaclass = MyMeta 指定 MyMeta 为 MyClass 的元类。
3. 实例化并测试：
   • 创建 MyClass 的实例 obj，可以访问到由元类添加的 new_attribute 属性和 new_method 方法。