一 你可以从这里获取什么？1. 也许你在阅读别人的代码的时候碰到过metaclass，那你可以参考这里的介绍。2. 或许你需要设计一些底层的库，也许metaclass能帮你简化你的设计（也有可能复杂化：）3. 也许你在了解metaclass的相关知识之后，你对python的类的一些机制会更了解。4. more……
二 metaclass的作用是什么？（感性认识） metaclass能有什么用处，先来个感性的认识：1. 你可以自由的、动态的修改/增加/删除 类的或者实例中的方法或者属性2. 批量的对某些方法使用decorator，而不需要每次都在方法的上面加入@decorator_func3. 当引入第三方库的时候，如果该库某些类需要patch的时候可以用metaclass4. 可以用于序列化(参见yaml这个库的实现，我没怎么仔细看）5. 提供接口注册，接口格式检查等6. 自动委托(auto delegate)7. more…
三 metaclass的相关知识1. what is metaclass?1.1 在wiki上面，metaclass是这样定义的：In object-oriented programming,a metaclass is a class whose instances are classes.Just as an ordinary class defines the behavior of certain objects,a metaclass defines the behavior of certain classes and their instances.
也就是说metaclass的实例化结果是类，而class实例化的结果是instance。我是这么理解的：metaclass是类似创建类的模板，所有的类都是通过他来create的(调用__new__)，这使得你可以自由的控制创建类的那个过程，实现你所需要的功能。
1.2 metaclass基础* 一般情况下, 如果你要用类来实现metaclass的话，该类需要继承于type，而且通常会重写type的__new__方法来控制创建过程。当然你也可以用函数的方式（下文会讲）* 在metaclass里面定义的方法会成为类的方法，可以直接通过类名来调用
2. 如何使用metaclass2.1 用类的形式2.1.1 类继承于type, 例如： class Meta(type):pass2.1.2 将需要使用metaclass来构建class的类的__metaclass__属性（不需要显示声明，直接有的了）赋值为Meta（继承于type的类）
2.2 用函数的形式2.2.1 构建一个函数，例如叫metaclass_new, 需要3个参数：name, bases, attrs，name: 类的名字bases: 基类，通常是tuple类型attrs: dict类型，就是类的属性或者函数2.2.2 将需要使用metaclass来构建class的类的__metaclass__属性（不需要显示声明，直接有的了）赋值为函数metaclas_new
3 metaclass 原理3.1 basicmetaclass的原理其实是这样的：当定义好类之后，创建类的时候其实是调用了type的__new__方法为这个类分配内存空间，创建好了之后再调用type的__init__方法初始化（做一些赋值等）。所以metaclass的所有magic其实就在于这个__new__方法里面了。说说这个方法：__new__(cls, name, bases, attrs)cls: 将要创建的类，类似与self，但是self指向的是instance，而这里cls指向的是classname: 类的名字，也就是我们通常用类名.__name__获取的。bases: 基类attrs: 属性的dict。dict的内容可以是变量(类属性），也可以是函数（类方法）。
所以在创建类的过程，我们可以在这个函数里面修改name，bases，attrs的值来自由的达到我们的功能。这里常用的配合方法是getattr和setattr（just an advice)
3.2 查找顺序再说说关于__metaclass__这个属性。这个属性的说明是这样的：This variable can be any callable accepting arguments for name, bases, and dict. Upon class creation, the callable is used instead of the built-in type(). New in version 2.2.(所以有了上面介绍的分别用类或者函数的方法）
The appropriate metaclass is determined by the following precedence rules:If dict[‘__metaclass__’] exists, it is used.Otherwise, if there is at least one base class, its metaclass is used (this looks for a __class__ attribute first and if not found, uses its type).Otherwise, if a global variable named __metaclass__ exists, it is used.Otherwise, the old-style, classic metaclass (types.ClassType) is used.
这个查找顺序也比较好懂，而且利用这个顺序的话，如果是old-style类的话，可以在某个需要的模块里面指定全局变量__metaclass__ = type就能把所有的old-style 变成 new-style的类了。(这是其中一种trick)
四 例子针对第二点说的metaclass的作用，顺序来给些例子：1. 你可以自由的、动态的修改/增加/删除 类的或者实例中的方法或者属性
Python代码
#!/usr/bin/python#coding :utf-8 def ma(cls): print 'method a' def mb(cls): print 'method b' method_dict = { 'ma': ma, 'mb': mb,} class DynamicMethod(type): def __new__(cls, name, bases, dct): if name[:3] == 'Abc': dct.update(method_dict) return type.__new__(cls, name, bases, dct) def __init__(cls, name, bases, dct): super(DynamicMethod, cls).__init__(name, bases, dct) class AbcTest(object): __metaclass__ = DynamicMethod def mc(self, x): print x * 3 class NotAbc(object): __metaclass__ = DynamicMethod def md(self, x): print x * 3 def main(): a = AbcTest() a.mc(3) a.ma() print dir(a) b = NotAbc() print dir(b) if __name__ == '__main__': main()
通过DynamicMethod这个metaclass的原型，我们可以在那些指定了__metaclass__属性位DynamicMethod的类里面，根据类名字，如果是以’Abc’开头的就给它加上ma和mb的方法(这里的条件只是一种简单的例子假设了，实际应用上可能更复杂）,如果不是’Abc’开头的类就不加. 这样就可以打到动态添加方法的效果了。其实，你也可以将需要动态添加或者修改的方法改到__new__里面，因为python是支持在方法里面再定义方法的. 通过这个例子，其实可以看到只要我们能操作__new__方法里面的其中一个参数attrs，就可以动态添加东西了。
2. 批量的对某些方法使用decorator，而不需要每次都在方法的上面加入@decorator_func这个其实有应用场景的，就是比如我们cgi程序里面，很多需要验证登录或者是否有权限的，只有验证通过之后才可以操作。那么如果你有很多个操作都需要这样做，我们一般情况下可以手动在每个方法的前头用@login_required类似这样的方式。那如果学习了metaclass的使用的话，这次你也可以这样做:
Python代码
#!/usr/bin/python#coding :utf-8from types import FunctionType def login_required(func): print 'login check logic here' return func class LoginDecorator(type): def __new__(cls, name, bases, dct): for name, value in dct.iteritems(): if name not in ('__metaclass__', '__init__', '__module__') and\ type(value) == FunctionType: value = login_required(value) dct[name] = value return type.__new__(cls, name, bases, dct) class Operation(object): __metaclass__ = LoginDecorator def delete(self, x): print 'deleted %s' % str(x) def main(): op = Operation() op.delete('test') if __name__ == '__main__': main()
这样子你就可以不用在delete函数上面写@login_required, 也能达到decorator的效果了。不过可读性就差点了。
3. 当引入第三方库的时候，如果该库某些类需要patch的时候可以用metaclass
Python代码
#!/usr/bin/python#coding :utf-8 def monkey_patch(name, bases, dct): assert len(bases) == 1 base = bases[0] for name, value in dct.iteritems(): if name not in ('__module__', '__metaclass__'): setattr(base, name, value) return base class A(object): def a(self): print 'i am A object' class PatchA(A): __metaclass__ = monkey_patch def patcha_method(self): print 'this is a method patched for class A' def main(): pa = PatchA() pa.patcha_method() pa.a() print dir(pa) print dir(PatchA) if __name__ == '__main__': main()
5. 提供接口注册，接口格式检查等, 这个功能可以参考这篇文章：
6. 自动委托(auto delegate)以下是网上的例子：
http://marlonyao.iteye.com/blog/762156
五 总结1. metaclass的使用原则：If you wonder whether you need them, you don’t (the people who actually need them know with certainty that they need them, and don’t need an explanation about why). –Tim Peters也就是说如果你不知道能用metaclass来干什么的话，你尽量不要用，因为通常metaclass的代码会增加代码的复杂度，降低代码的可读性。所以你必需权衡metaclass的利弊。2. metaclass的优势在于它的动态性和可描述性（比如上面例子中的self.delegate.__getitem__(i)这样的代码，它可以用另外的函数代码生成,而无需每次手动编写）, 它能把类的动态性扩展到极致。
六 补充以下是同事们的很好的补充：张同学：1.metaclass属于元编程(metaprogramming)的范畴，所谓元编程就是让程序来写(generate/modify)程序，这通常依赖于语言及其运行时系统的动态特性(其实像C这样的语言也可以进行元编程)。正如楼主所说，元编程的一个用途就是“可以用另外的函数代码生成,而无需每次手动编写“，在python中我们可以做得更多。
2.对于python而言，metaclass使程序员可以干涉class的创建过程，并可以在任何时候修改这样的class(包括修改metaclass)，由于class的意义是为instance集合持有“方法”，所以修改了一个class就等于修改了所有这些instance的行为，这是很好的service。
3.注意metaclass的__new__和__init__的区别。class DynamicMethod(type): def __new__(cls, name, bases, dct): # cls=DynamicMethod def __init__(cls, name, bases, dct): # cls=你创建的class对象这意味着在__new__中我们通常只是修改dct，但是在__init__中，我们可以直接修改创建好的类，所以我认为这两个接口的主要区别有2点：1)调用时机不同(用处请发散思维)；2)__init__比__new__更有用，我在实际项目中一般都是用__init__的。
4.在python中我们为什么要修改class？那当然是为了改变它的行为，或者为了创建出独一无二的类。实际中常常需要为class动态添加方法。比如一个数据库表A有字段name, address等，表B有name, phone等，你希望A的模型类有find_by_address、find_by_name_and_address等方法，希望B的模型类有find_by_name、find_by_phone等方法，但是又不想手写这些方法(其实不可能手写，因为这种组合太多了)，这时你可以在A、B共同的metaclass中定义一个自动添加方法的子程序，当然你也可以重写__getattr__之类的接口来hook所有find_by_XXX函数调用，这就是时间换空间了，想象你要执行find_by_XXX一百万次。也可以比较一下在c++/java中如何应对这种需求。
5.python的成功之处在于它无处不在的namespace(就是那个__dict__，其意义可以参考SICP第一章的environment模型，对计算理论感兴趣的也可以用lambda演算来解释)，而且函数又是first class对象，又强化了interface的使用。我们知道了metaclass->class->instance的关系，又知道了对象的方法是放在类里的(请详细考察python查找一个方法的流程)，那么用python实现各种设计模式就比较简单了。
6.metaclass不会使程序变晦涩，前提是了解了metaclass的固有存在，许多教程的问题就在于它没有告诉读者metaclass的存在，而是借助某些其他语言(比如c++)的类模型来讲解python。在ruby的类型系统中metaclass是无限的，metaclass也有自己的metaclass（你可以称之为metametaclass、metametametaclass等等），ruby善于实现DSL和语法分析器也部分得益于此。
岳同学：不能说__init__比__new__更有用吧。我觉得要看场合。毕竟__new__能做到比__init__更多的事情。比如有时候想改生成的类型名字，或者改类型的父类。:)不过的确大多数场合用__init__就够用了。＋1在__init__中控制类生成的过程有一点要注意：在__init__()的最后一个参数(attrs)中，对于类中定义的函数类型的属性，比如：def abc(self): pass仍然具有以下的key->value形式：“abc”:但是在生成的类中，”abc”对应的属性已经从一个function变成了一个unbindmethod：self.abc –> unbind method不过实际使用中影响不大。
七 其他1. 哪些项目有用metaclass：据我所知就是django中的数据库部分的很多都使用metaclass来实现可描述性的还有google app engine的代码里面也有使用yaml中的序列化部分代码也有使用more…
2. 参考资料:* Metaclass Programming In Python [http://gnosis.cx/publish/programming/metaclass_1.html]* Python中用MetaClass实现委托、不可变集合 [http://marlonyao.iteye.com/blog/762156]* Metaclass [http://en.wikipedia.org/wiki/Metaclasses#Python_example]
3. 以上都是个人的观点和总结而已，欢迎拍砖。
