__new__、__init__ 和元类（和超类）

Question

我花了一天的时间试图理解 Python 类模型的复杂性，弄乱了装饰器、元类和超类。

目前，我正在尝试弄清楚某些令牌功能的作用，即 new（此处为背景故事Metaclasses and when/how functions are called）

我已经制作了一个新的模型模块来运行测试，在这里：

#! /usr/bin/env python3

import sys as system
import os  as operating_system

from functools import partial
from time      import perf_counter as counter

class Meta(type):

    @classmethod
    def __prepare__(instance, name, supers, *list, **map):
        print('{} in meta prepare'.format(name))
        return {}

    def __new__(instance, name, supers, attributes, *list, **map):
        print('{} in meta new'.format(name))
        return instance

    def __init__(self, name, supers, attributes, *list, **map):
            print('{} in meta init'.format(self))

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in meta call'.format(self))
        return type.__call__(self)
        print('after call')

class Super(object):

    def __new__(instance, *list, **map):
        print('{} in Super new'.format(instance))
        return instance

    def __init__(self, *list, **map):
        print('{} in Super init'.format(self))

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in Super call'.format(self))
        return object.__call__(self)

class Other(object):

    def __new__(instance, *list, **map):
        print('{} in Other new'.format(instance))
        return instance

    def __init__(self, *list, **map):
        print('{} in Other init'.format(self))

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in Other call'.format(self))
        return object.__call__(self)

class MetaSuper(object, metaclass = Meta):

    def __new__(instance, *list, **map):
        print('{} in MetaSuper new'.format(instance))
        return instance

    def __init__(self, *list, **map):
        print('{} in MetaSuper init'.format(self))

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in MetaSuper call'.format(self))
        return object.__call__(self)

class DoubleSuper(Super, MetaSuper):

    def __new__(instance, *list, **map):
        print('{} in DoubleSuper new'.format(instance))
        return instance

    def __init__(self, *list, **map):
        print('{} in DoubleSuper init'.format(self))
        Super.__init__(self, *list, **map)
        MetaSuper.__init__(self, *list, **map)

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in DoubleSuper call'.format(self))
        return object.__call__(self)

class SuperThenMeta(Super, metaclass = Meta):

    def __new__(instance, *list, **map):
        print('{} in SuperThenMeta new'.format(instance))
        return instance

    def __init__(self, *list, **map):
        print('{} in SuperThenMeta init'.format(self))
        Super.__init__(self, *list, **map)

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in SuperThenMeta call'.format(self))
        return object.__call__(self)

class Triple(Super, Other, metaclass = Meta):

    def __new__(instance, *list, **map):
        print('{} in Triple new'.format(instance))
        return instance

    def __init__(self, *list, **map):
        print('{} in Triple init'.format(self))
        Super.__init__(self, *list, **map)
        Other.__init__(self, *list, **map)

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in Triple call'.format(self))
        return object.__call__(self)

class Simple(Super):

    def __new__(instance, *list, **map):
        print('{} in Simple new'.format(instance))
        return instance.__init__(instance, *list, **map)

    def __init__(self, *list, **map):
        print('{} in Simple init'.format(self))
        Super.__init__(self, *list, **map)
        Other.__init__(self, *list, **map)

    def __call__(self, *list, **map):
        print('{} in Simple call'.format(self))
        return object.__call__(self)    

def main():
    #thing = SuperThenMeta()
    #other = DoubleSuper()
    last  = Super()
    simp  = Simple()
    trip  = Triple()

if __name__ == '__main__':
    main()

TL;DR，我在这些工作部件之间尝试了几种不同的设置。

如果我运行它，这是输出：

MetaSuper in meta prepare
MetaSuper in meta new
SuperThenMeta in meta prepare
SuperThenMeta in meta new
Triple in meta prepare
Triple in meta new
<class '__main__.Super'> in Super new
<class '__main__.Simple'> in Simple new
<class '__main__.Simple'> in Simple init
<class '__main__.Simple'> in Super init
<class '__main__.Simple'> in Other init
Traceback (most recent call last):
File "./metaprogramming.py", line 134, in <module>
  main()
File "./metaprogramming.py", line 131, in main
  trip = Triple()
TypeError: __new__() missing 3 required positional arguments: 'name', 'supers', and 'attributes'

由此，我有几个问题：

• 我应该在 new 函数的末尾调用 instance.init(instance, *list, **map) 吗？我不这么认为，但将其添加到“简单”示例中似乎有效，而“超级”从未达到其 init。我的印象是，通过在我自己的调用方法中调用 object.call，这将由它的默认实现处理，但在整个程序期间不会进行任何 __call__s。

• 为什么调用 Triple() 会先调用元类 new？如果这是正常的，这是否意味着这是任何具有元类的类的典型情况？这种行为是否与超类相似？

• 我预计 call 会出现在此列表中的某个位置。在对象的创建例程（例如 [prepare]、new、init）期间不会调用它吗？

我知道这是很多信息，所以感谢您阅读本文；任何指导将不胜感激。

Answer 1

元类'__new__

__new__ 方法是用于创建新实例的方法。因此它的第一个参数不是一个实例，因为还没有创建任何实例，而是类本身。

在元类的情况下，__new__ 应该返回您的元类的一个实例，即一个类。它的签名是这样的：

class Meta(type):
    def __new__(metacls, name, bases, namespace, **kwargs):
        ...

• metacls 是元类本身。

• name 是一个字符串，表示正在运行的类的名称 实例化。

• bases 是一个类的元组，类将从中继承。

• namespace是类的命名空间，这是对象 由__prepare__ 返回，现在填充了类属性。

• **kwargs 是在实例化时传递给类的任何关键字参数

要实例化一个类，你需要调用type.__new__，这是默认的元类。你通常通过调用super().__new__来做到这一点。

class Meta(type):
    def __new__(metacls, name, bases, namespace, **kwargs):
        print('You can do stuff here')

        cls = super().__new__(metacls, name, bases, namespace, **kwargs)

        # You must return the generated class
        return cls

元类'__init__

__init__ 方法的行为与任何其他类的行为相同。如果__new__ 返回了预期类型的​​实例，它接收创建的实例，这里是一个类，作为参数。在您的示例中，__new__ 不返回 Meta 类型的对象。它返回 Meta 本身，它的类型是 type。

在实例化时永远不会调用以下__init__ 方法。

class Meta(type):
    def __new__(metacls, name, bases, namespace, **kwargs):
        return None # or anything such that type(obj) is not Meta
    
    def __init__(self, name, bases, namespace, **kwargs):
        # This will never be called because the return type of `__new__` is wrong
        pass
        

在实例化时调用以下内容，因为Meta.__new__ 正确返回了Meta 类型的对象。

class Meta(type):
        def __new__(metacls, name, bases, namespace, **kwargs):
            return super().__new__(metacls, name, bases, namespace, **kwargs)
        
        def __init__(self, name, bases, namespace, **kwargs):
            print('__init__ was called')

元类'__call__

同样，__call__ 的行为与任何其他类没有什么不同。它在您尝试调用元类的instance 时调用，而__new__ 和__init__ 在您调用元类 创建实例（类)。

当然，调用类应该返回一个实例，所以不要忘记调用super().__call__并返回它的结果，否则你会短路实例创建，因为它是type.__call__调用@ 987654353@和__init__。

class Meta(type):
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print(f'An instance was called with {args}')
        return super().__call__(self, *args, **kwargs)

# This declaration if what calls __new__ and __init__ of the metaclass
class Klass(metaclass=Meta):
    pass

# This calls the __call__ method of the metaclass
instance = Klass()