Python編程：__class__的元類作用

一、__class__的概念

在Python中，所有事物都是對象。類也是一種對象，是type類的實例。因此，在Python中，創建一個類就是創建了一個實例，該實例的類型是type。

一個類被創建時，與其對應的type實例也隨之被創建。這個type實例具有創建該類的所有信息，比如類名、父類、屬性和方法等。type實例代表著一種元類（metaclass），即類生成器，用於創建其他的類。默認情況下，Python使用type作為類的元類。

在Python中，__class__屬性是用於表示類的屬性，指向該類的類型，即它的元類。通過__class__屬性，我們可以動態地修改一個類的元類。

class X:
    pass

class Y(X):
    pass

class Z(Y):
    pass

print(X.__class__)
print(Y.__class__)
print(Z.__class__)

運行結果為：

可見，默認情況下，__class__屬性都指向type。

二、使用type動態地創建類

在Python中，type不僅是一個類型，也是一個元類，用於創建其他的類。type的一般格式為：

type(name, bases, attrs)

其中：

• name：新類的名稱。
• bases：新類的父類（以元組的形式傳遞）。
• attrs：新類的屬性和方法（以字典的形式傳遞）。

下面是使用type動態地創建一個類的示例：

Person = type('Person', (), {'name': '', 'age': 0})

p1 = Person()
p1.name = 'Alice'
p1.age = 20

p2 = Person()
p2.name = 'Bob'
p2.age = 30

print(p1.name, p1.age)
print(p2.name, p2.age)

輸出結果為：

Alice 20
Bob 30

在該示例中，我們使用type創建了一個名為Person的類，並為該類定義了兩個屬性：name和age。通過創建該類的實例，我們成功地創建了兩個不同的Person對象。

三、使用__class__動態地修改類的元類

在Python中，我們可以使用__class__動態地修改類的元類。

class MyMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        attrs['new_attr'] = 100
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

class MyClass:
    pass

MyClass.__class__ = MyMeta

obj = MyClass()
print(obj.new_attr)

輸出結果為：

100

在該示例中，我們創建了一個名為MyMeta的元類，並為之定義了一個名為__new__()的方法，用於修改類的屬性。隨後，我們創建了一個名為MyClass的類，將其元類設置為MyMeta，並為該類動態地增加了一個屬性new_attr。最後，我們創建了該類的一個對象obj，並訪問了該對象的new_attr屬性，成功地輸出了100。

四、使用元類定製django模型

在django框架中，Model類是一個用於表示表的類，其定義從django.db.models.Model繼承而來。在自定義模型時，我們可以通過編寫自己的元類，從而定製該模型的行為。

下面我們來看一個實際的示例，該示例演示了如何自定義一個django模型，並通過元類為之添加一個新的欄位。

首先，我們需要安裝django框架，可以使用以下命令進行安裝：

pip install django

然後，我們來定義一個模型：

from django.db import models

class Book(models.Model):
    title = models.CharField(max_length=100)
    author = models.CharField(max_length=100)

在該模型中，我們定義了一個Book類，繼承自Model類，並定義了兩個屬性：title和author。

接下來，我們將使用一個元類DynamicFieldsMetaclass，為該模型添加一個新的欄位isbn：

class DynamicFieldsMetaclass(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        if 'isbn' not in attrs:
            attrs['isbn'] = models.CharField(max_length=20)

        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

class Book(models.Model, metaclass=DynamicFieldsMetaclass):
    title = models.CharField(max_length=100)
    author = models.CharField(max_length=100)

在該代碼中，我們定義了一個新的元類DynamicFieldsMetaclass，並在Book類中使用該元類進行了修改。如果該類中不存在isbn欄位，則我們為該類動態地增加了一個名為isbn的CharField。

下面我們來測試一下該模型是否生效：

from django.test import TestCase

class BookTest(TestCase):
    def test_book_model(self):
        b1 = Book.objects.create(title='Python', author='Alice', isbn='978-7-302-50889-5')
        b2 = Book.objects.create(title='Java', author='Bob')

        self.assertEqual(b1.isbn, '978-7-302-50889-5')
        self.assertEqual(b2.isbn, '')

在該測試代碼中，我們創建了兩個Book對象，並為第一個對象傳入了isbn參數。隨後，我們通過測試方法來檢查所創建的Book對象的isbn欄位是否正確。

該模型的測試運行結果為：

Creating test database for alias 'default'...
System check identified no issues (0 silenced).
.
----------------------------------------------------------------------
Ran 1 test in 0.004s

OK
Destroying test database for alias 'default'...

可見，該模型中的isbn欄位已經成功地添加了進去，並且測試也成功地通過了。

五、總結

元類是Python中一個重要的概念，可以用於修改類的行為和屬性。在本文中，我們首先介紹了__class__的概念。隨後，我們通過示例介紹了使用type動態地創建類，並使用__class__動態地修改類的元類。最後，我們通過一個實際的django模型示例，演示了如何使用元類來為模型動態地添加新的欄位。