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python-3.x - 元类的“__init_subclass__”方法在此元类构造的类中不起作用

问题描述

我的问题受到了这个问题的启发。

问题在于 3 级类模型 - 终止类（第 3 级）只应存储在注册表中，但第 2 级干扰并且也已存储，因为它们是第 1 级的子类。

我想通过使用元类来摆脱一级类。通过这种方式，剩下的只有 2 个类级别 - 每组设置及其子级的基类 - 从相应的基类继承的各种设置类。元类充当类工厂——它应该创建具有所需方法的基类，并且不应该显示在继承树中。

但是我的想法不起作用，因为似乎__init_subclass__方法（方法的链接）没有从元类复制到构造类。与方法相反__init__，这符合我的预期。

代码片段№1.模型的基本框架：

class Meta_Parent(type):
    pass

class Parent_One(metaclass=Meta_Parent):
    pass

class Child_A(Parent_One):
    pass

class Child_B(Parent_One):
    pass

class Child_C(Parent_One):
    pass

print(Parent_One.__subclasses__())

输出：

[<class '__main__.Child_A'>, <class '__main__.Child_B'>, <class '__main__.Child_C'>]

我想为上述模型的子类化过程添加功能，所以我重新定义了type's 内置函数，__init_subclass__如下所示：

代码片段№ 2。

class Meta_Parent(type):
    def __init_subclass__(cls, **kwargs):
        super().__init_subclass__(**kwargs)
        print(cls)

从我的角度来看，现在每个由Meta_Parent元类（例如Parent_One）构造的新类都应该有__init_subclass__方法，因此，当每个类都从这个新类继承时，应该打印子类名称，但它什么也不打印。也就是说，__init_subclass__当继承发生时，我的方法不会被调用。

如果Meta_Parent元类是直接继承的，它会起作用：

代码片段№ 3。

class Meta_Parent(type):
    def __init_subclass__(cls, **kwargs):
        super().__init_subclass__(**kwargs)
        print(cls)

class Child_A(Meta_Parent):
    pass

class Child_B(Meta_Parent):
    pass

class Child_C(Meta_Parent):
    pass

输出：

<class '__main__.Child_A'>
<class '__main__.Child_B'>
<class '__main__.Child_C'>

这里没什么奇怪的，__init_subclass__正是为此目的而创建的。

我当时在想，dunder 方法仅属于元类，不会传递给新构造的类，但是随后，我尝试了该__init__方法，它按我一开始所期望的那样工作 - 看起来链接__init__已复制到每个元类的类。

代码片段№ 4。

class Meta_Parent(type):
    def __init__(cls, name, base, dct):
        super().__init__(name, base, dct)
        print(cls)

输出：

<class '__main__.Parent_One'>
<class '__main__.Child_A'>
<class '__main__.Child_B'>
<class '__main__.Child_C'>

问题：

  1. 为什么__init__有效，但__init_subclass__无效？
  2. 是否可以通过使用元类来实现我的想法？

标签： python-3.xmetaclass

解决方案

1. 为什么__init__有效，但__init_subclass__无效？

我通过GDB调试CPython找到了答案。

  1. 新类（类型）的创建从type_call()函数开始。它做了两件主要的事情：一个新类型对象的创建和这个对象的初始化。

  2. obj = type->tp_new(type, args, kwds);是一个对象创建。tp_new它使用传递的参数调用类型的槽。默认情况下，tp_newstores 引用基本type对象的tp_newslot，但如果任何祖先类实现了该__new__方法，则该引用将更改为slot_tp_new调度程序函数。然后type->tp_new(type, args, kwds);调用slot_tp_new函数，然后它自己调用mro链中的__new__方法搜索。同样的情况也发生在.tp_init

  3. 子类初始化发生在新类型创建结束时 - init_subclass(type, kwds)。它使用超级对象搜索刚刚创建的新对象__init_subclass__的mro链中的方法。在我的例子中，对象的 mro 链有两个项目：

    print(Parent_One.__mro__)
### Output
(<class '__main__.Parent_One'>, <class 'object'>).

  4. int res = type->tp_init(obj, args, kwds);是一个对象初始化。它还搜索__init__mro 链中的方法，但使用元类 mro，而不是刚刚创建的新对象的 mro。就我而言，元类 mro 具有三个项目：

    print(Meta_Parent.__mro__)
###Output
(<class '__main__.Meta_Parent'>, <class 'type'>, <class 'object'>)

简化的执行图： 在此处输入图像描述

所以，答案是： __init_subclass__在不同的__init__地方搜索方法：

  • __init_subclass__首先在Parent_One's中搜索__dict__，然后在object's 中搜索__dict__。
  • 按__init__以下顺序搜索：Meta_Parent's __dict__、type's __dict__、object's __dict__。

2. 是否可以通过使用元类来实现我的想法？

我想出了以下解决方案。它有缺点 -__init__每个子类都调用该方法，包括子类，这意味着 - 所有子类都有属性，这是不必要的registry。__init_subclass__但它可以按照我在问题中的要求工作。

#!/usr/bin/python3

class Meta_Parent(type):
    def __init__(cls, name, base, dct, **kwargs):
        super().__init__(name, base, dct)
        # Add the registry attribute to the each new child class.
        # It is not needed in the terminal children though.
        cls.registry = {}
        
        @classmethod
        def __init_subclass__(cls, setting=None, **kwargs):
            super().__init_subclass__(**kwargs)
            cls.registry[setting] = cls

        # Assign the nested classmethod to the "__init_subclass__" attribute
        # of each child class.
        # It isn't needed in the terminal children too.
        # May be there is a way to avoid adding these needless attributes
        # (registry, __init_subclass__) to there. I don't think about it yet.
        cls.__init_subclass__ = __init_subclass__

# Create two base classes.
# All child subclasses will be inherited from them.
class Parent_One(metaclass=Meta_Parent):
    pass

class Parent_Two(metaclass=Meta_Parent):
    pass

### Parent_One's childs
class Child_A(Parent_One, setting='Child_A'):
    pass

class Child_B(Parent_One, setting='Child_B'):
    pass

class Child_C(Parent_One, setting='Child_C'):
    pass

### Parent_Two's childs
class Child_E(Parent_Two, setting='Child_E'):
    pass

class Child_D(Parent_Two, setting='Child_D'):
    pass

# Print results.
print("Parent_One.registry: ", Parent_One.registry)
print("#" * 100, "\n")
print("Parent_Two.registry: ", Parent_Two.registry)

输出

Parent_One.registry:  {'Child_A': <class '__main__.Child_A'>, 'Child_B': <class '__main__.Child_B'>, 'Child_C': <class '__main__.Child_C'>}
#################################################################################################### 

Parent_Two.registry:  {'Child_E': <class '__main__.Child_E'>, 'Child_D': <class '__main__.Child_D'>}

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