Как работают метаклассы в Python?

Метакласс в Python — это класс, который определяет поведение других классов (как обычный класс определяет поведение объектов). Класс, по сути, является экземпляром своего метакласса. По умолчанию, метаклассом всех классов является тип type.

Процесс создания класса с использованием метакласса:

1. Определение класса: class MyClass(BaseClass, metaclass=MyMeta): ... Указывается метакласс с помощью аргумента metaclass.
2. Вызов метакласса: Интерпретатор видит аргумент metaclass и вызывает метакласс MyMeta для создания класса MyClass.
3. Создание класса: Метакласс выполняет необходимые операции по созданию класса. Чаще всего это делается путем переопределения магического метода __new__ или __init__ метакласса.

Основные методы метакласса, используемые для настройки создания класса:

# Метод __new__ вызывается первым
def __new__(cls, name, bases, dict):
    # name: имя создаваемого класса (строка)
    # bases: кортеж родительских классов
    # dict: словарь атрибутов и методов класса
    # Здесь можно изменять атрибуты класса, добавлять/удалять методы и т.д.
    return super().__new__(cls, name, bases, dict)

# Метод __init__ вызывается после __new__,
# если __new__ вернул экземпляр метакласса
def __init__(cls, name, bases, dict):
    # cls: созданный класс
    # name, bases, dict: те же аргументы, что в __new__
    # Здесь можно выполнять дополнительные настройки созданного класса
    super().__init__(name, bases, dict)

Применение метаклассов:

• Автоматическая регистрация классов: Метакласс может регистрировать создаваемые классы в каком-либо реестре или списке.
• Добавление/изменение атрибутов и методов: Можно автоматически добавлять или изменять атрибуты или методы в классах, создаваемых этим метаклассом (например, добавлять декораторы, валидацию).
• Проверка структуры классов: Метакласс может проверять, что определяемые классы соответствуют определенным правилам или шаблонам.
• Создание DSL (Domain Specific Language): Метаклассы могут помочь в построении предметно-ориентированных языков внутри Python.

Пример простого метакласса:

class LoggerMeta(type):
    # Переопределяем __new__ для добавления
    # метода логгирования во все создаваемые классы
    def __new__(cls, name, bases, dict):
        # Создаем новый метод логгирования
        def log_call(self):
            print(f"Вызван метод класса {name}")

        # Добавляем метод в словарь атрибутов класса
        # Проверяем, чтобы не перезаписать существующий метод log_call, если он есть
        if 'log_call' not in dict:
             dict['log_call'] = log_call

        # Создаем класс с помощью родительского метакласса (type)
        return super().__new__(cls, name, bases, dict)

class MyClass(metaclass=LoggerMeta):
    def greet(self):
        print("Привет!")

# Создание экземпляра
obj = MyClass()

# Вызов методов - встроенный и добавленный метаклассом
obj.greet()
obj.log_call()