含元类、类装饰器的Python代码执行顺序

通过学习《流畅的Python》这本书的第21章：类元编程，我算是系统地理清了Python代码的执行顺序，现在看到该书作者的这几个举例，我才算是真正明白。下面这个 evaltime.py 脚本值得多看几遍，加深理解。

元类基础知识

元类是制造类的工厂，不过不是函数，而是类。

根据Python对象模型，类是对象，因此类肯定是另外某个类的实例。默认情况下，Python中的类是type类的实例。也就是说，type是大多数内置的类和用户定义的类的元类：

>>> 'spam'.__class__ 
<class 'str'> 
>>> str.__class__ 
<class 'type'> 

>>> LineItem.__class__
<class 'type'> 
>>> type.__class__ 
<class 'type'>

>>> object.__class__
<class 'type'>

为了避免无限回溯，type是其自身的实例。

没有说 str 或 LineItem 继承自type。而是说，str和LineItem是type的实例。这两个类是object的子类。

两个示意图都是正确的。左边的示意图强调 str、type和LineItem是object的子类。右边的示意图则清楚地表明str、object和LineItem是type的实例，因为它们都是类

object类和type类之间的关系很独特：object是type的实例，而type是object的子类。这种关系很“神奇”，无法使用Python代码表述，因为定义其中一个之前另一个必须存在。type是自身的实例这一点也很神奇。

除了type，标准库中还有一些别的元类，例如ABCMeta和Enum。如下述代码片段所示，collections.Iterable所属的类是abc.ABCMeta。Iterable是抽象类，而ABCMeta不是——不管怎样，Iterable是ABCMeta的实例：

>>> import collections 
>>> collections.Iterable.__class__ 
<class 'abc.ABCMeta'> 

>>> import abc 
>>> abc.ABCMeta.__class__ 
<class 'type'> 
>>> abc.ABCMeta.__mro__ 
(<class 'abc.ABCMeta'>, <class 'type'>, <class 'object'>)

向上追溯，ABCMeta最终所属的类也是type。所有类都直接或间接地是type的实例，不过只有元类同时也是type的子类。若想理解元类，一定要知道这种关系：元类（如ABCMeta）从type类继承了构建类的能力。

所有类都是type的实例，但是元类还是type的子类，因此可以作为制造类的工厂。

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理解元类计算时间的demo

其中demo中用到的代码：

# evaltime_meta.py
from evalsupport import deco_alpha
from evalsupport import MetaAleph

print('<[1]> evaltime_meta module start')


@deco_alpha
class ClassThree():
    print('<[2]> ClassThree body')

    def method_y(self):
        print('<[3]> ClassThree.method_y')


class ClassFour(ClassThree):
    print('<[4]> ClassFour body')

    def method_y(self):
        print('<[5]> ClassFour.method_y')


# ClassFive 是 MetaAleph 元类的实例
class ClassFive(metaclass=MetaAleph):
    print('<[6]> ClassFive body')

    def __init__(self):
        print('<[7]> ClassFive.__init__')

    def method_z(self):
        print('<[8]> ClassFive.method_z')


class ClassSix(ClassFive):
    print('<[9]> ClassSix body')

    def method_z(self):
        print('<[10]> ClassSix.method_z')


if __name__ == '__main__':
    print('<[11]> ClassThree tests', 30 * '.')
    three = ClassThree()
    three.method_y()
    print('<[12]> ClassFour tests', 30 * '.')
    four = ClassFour()
    four.method_y()
    print('<[13]> ClassFive tests', 30 * '.')
    five = ClassFive()
    five.method_z()
    print('<[14]> ClassSix tests', 30 * '.')
    six = ClassSix()
    six.method_z()

print('<[15]> evaltime_meta module end')

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场景1：evaltime_meta.py 被当做模块导入：

<[100]> evalsupport module start
<[400]> MetaAleph body
<[700]> evalsupport module end
<[1]> evaltime_meta module start
<[2]> ClassThree body
<[200]> deco_alpha
<[4]> ClassFour body
<[6]> ClassFive body
<[500]> MetaAleph.__init__  # 与场景1的关键区别是，创建ClassFive时调用了MetaAleph.__init__方法。
<[9]> ClassSix body
<[500]> MetaAleph.__init__  # 创建ClassFive的子类ClassSix时也调用了MetaAleph.__init__方法。
<[15]> evaltime_meta module end

from evalsupport import deco_alpha在导入 deco_alpha 时，会执行 evalsupport 的所有顶层代码，所以有了上面结果的前3个打印输出。

编写元类时，通常会把self参数改成cls。例如，在上述元类的 __init__ 方法中，把第一个参数命名为cls能清楚地表明要构建的实例是类。__init__方法的定义体中定义了inner_2函数，然后将其绑定给cls.method_z。MetaAleph.__init__ 方法签名中的cls指代要创建的类（例如ClassFive）。而inner_2函数签名中的self最终是指代我们在创建的类的实例（例如ClassFive类的实例）。

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场景2：执行evaltime_meta.py：

<[100]> evalsupport module start
<[400]> MetaAleph body
<[700]> evalsupport module end
<[1]> evaltime_meta module start
<[2]> ClassThree body  # class ClassThree():有被装饰器 deco_alpha 修饰，执行完类后会执行装饰器函数。
<[200]> deco_alpha
<[4]> ClassFour body   # class ClassFour(ClassThree): 执行时，虽然继承了被装饰的ClassThree，但是ClassFour不会继承装饰器函数，因此不会ClassFour执行后，不会执行装饰器函数。
<[6]> ClassFive body   # class ClassFive(metaclass=MetaAleph):执行后，需要执行元类的init函数，完成实例化。
<[500]> MetaAleph.__init__
<[9]> ClassSix body    # class ClassSix(ClassFive):继承ClassFive，所以会继承元类，执行完ClassSix后执行元类。
<[500]> MetaAleph.__init__
<[11]> ClassThree tests ..............................
<[300]> deco_alpha:inner_1   # ClassThree被装饰器修饰而更改了method_y函数。
<[12]> ClassFour tests ..............................
<[5]> ClassFour.method_y   # 虽ClassFour是ClassThree的子类，但是没有像ClassThree依附装饰器而更改了method_y函数。
<[13]> ClassFive tests ..............................
<[7]> ClassFive.__init__
<[600]> MetaAleph.__init__:inner_2  # ClassFive是MetaAleph元类的实例，在MetaAleph的init函数中把method_z绑定为inner_2
<[14]> ClassSix tests ..............................
<[7]> ClassFive.__init__     # ClassSix继承了ClassFive，所以six=ClassSix()实例化会执行ClassFive的init函数
<[600]> MetaAleph.__init__:inner_2  # 同理，作为父类的ClassFive是MetaAleph元类的实例，所以ClassSix也是。
<[15]> evaltime_meta module end

注意，ClassSix 类没有直接引用MetaAleph类，但是却受到了影响，因为它是ClassFive的子类，进而也是MetaAleph类的实例，所以由MetaAleph.__init__ 方法初始化。