Python 元类是什么？type 怎么创建类？元类什么时候该用？

元类是创建类的类。普通类创建实例，元类创建类。Python 里 class 语句本质上是调用 type() 来创建类对象，元类让你拦截这个过程，在类创建时自动修改类的属性、方法、继承关系。

Python 类的创建过程

python
class Foo:
    x = 1

这行代码执行时，Python 做了这件事：

python
Foo = type('Foo', (object,), {'x': 1})

type(类名, 父类元组, 属性字典) 就是创建类的底层调用。type 本身就是一个元类——所有类都是 type 的实例。

python
print(type(Foo))      # <class 'type'>
print(type(Foo()))    # <class '__main__.Foo'>

type(Foo) 是 type，说明 Foo 类是 type 的实例。type(Foo()) 是 Foo，说明 Foo() 实例是 Foo 的实例。

自定义元类

继承 type，重写 __new__ 或 __init__：

python
class Meta(type):
    def __new__(cls, name, bases, dct):
        # 在类创建前修改属性字典
        dct['created_by_meta'] = True
        return super().__new__(cls, name, bases, dct)

class Foo(metaclass=Meta):
    x = 1

print(Foo.created_by_meta)  # True

__new__ 在类对象创建之前调用，可以修改 dct（属性字典）。__init__ 在类对象创建之后调用，可以修改已创建的类。大多数场景用 __new__ 就够了。

实际用途

1. 自动注册子类

ORM、插件系统常用——每定义一个子类就自动注册到一个全局字典里：

python
class RegistryMeta(type):
    _registry = {}

    def __new__(cls, name, bases, dct):
        klass = super().__new__(cls, name, bases, dct)
        if name != 'Base':  # 跳过基类本身
            cls._registry[name] = klass
        return klass

class Base(metaclass=RegistryMeta):
    pass

class User(Base): pass
class Order(Base): pass

print(RegistryMeta._registry)  # {'User': <class 'User'>, 'Order': <class 'Order'>}

Django 的 ModelBase 就是这种模式——每个 Model 子类自动注册到 Django 的 app registry。

2. 接口检查

强制子类实现特定方法：

python
class InterfaceMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, dct):
        if bases:  # 不是基类本身
            required = getattr(bases[0], '_required_methods', [])
            for method in required:
                if method not in dct:
                    raise TypeError(f'{name} 必须实现 {method}')
        return super().__new__(cls, name, bases, dct)

class Animal(metaclass=InterfaceMeta):
    _required_methods = ['speak']

class Dog(Animal):
    def speak(self): return 'Woof!'

class Cat(Animal): pass  # TypeError: Cat 必须实现 speak

3. 单例模式

python
class SingletonMeta(type):
    _instances = {}
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instances[cls]

class Database(metaclass=SingletonMeta):
    pass

重写 __call__ 拦截实例化过程——第一次创建实例，后续返回同一个。

追问

元类和类装饰器有什么区别？

类装饰器在类创建之后修改，元类在类创建过程中修改。类装饰器更简单透明，优先用装饰器。元类能控制 __new__ 和 __init__，能做的事更多但也更难调试。

什么时候该用元类？

几乎不需要。Python 社区有一句话："如果你不确定是否需要元类，你就不需要。"95% 的场景用类装饰器、__init_subclass__、或普通继承就能解决。元类适合框架作者（Django ORM、SQLAlchemy），应用层开发者很少需要。