Introduzione alle metaclassi in Python

Creare metaclassi personalizzate

In Python possiamo personalizzare il processo di creazione delle classi passando la keyword metaclass nella definizione della classe. Questo può essere fatto anche ereditando da una classe che ha già passato questa keyword.

class MyMeta(type):
    pass

class MyClass(metaclass=MyMeta):
    pass

class MySubclass(MyClass):
    pass
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Possiamo vedere sotto che il tipo della classe MyMeta è type e che il tipo di MyClass e MySubClass è MyMeta.

print(type(MyMeta))
print(type(MyClass))
print(type(MySubclass))
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<class 'type'>
<class '__main__.MyMeta'>
<class '__main__.MyMeta'>
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Quando si definisce una classe e non è definita alcuna metaclasse, verrà usata la metaclasse predefinita type. Se viene fornita una metaclasse e non è un'istanza di type(), allora viene usata direttamente come metaclasse.

__new__ e __init__

Le metaclassi possono essere definite anche in uno dei due modi mostrati sotto. Spiegheremo la differenza tra i due più avanti.

class MetaOne(type):
    def __new__(cls, name, bases, dict):
        pass

class MetaTwo(type):
    def __init__(self, name, bases, dict):
        pass
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__new__ si usa quando si vuole definire il dict o la tupla bases prima che la classe sia creata. Il valore di ritorno di __new__ è di solito un'istanza di cls. __new__ permette alle sottoclassi di tipi immutabili di personalizzare la creazione delle istanze. Può essere sovrascritto nelle metaclassi personalizzate per personalizzare la creazione della classe. __init__ viene di solito chiamato dopo che l'oggetto è stato creato, per inizializzarlo.

Metodo __call__ della metaclasse

Secondo la documentazione ufficiale, possiamo anche sovrascrivere altri metodi di classe definendo un metodo __call__() personalizzato nella metaclasse che consente un comportamento custom quando la classe viene chiamata.

Metodo __prepare__ della metaclasse

Secondo la documentazione del data model di Python

Una volta identificata la metaclasse appropriata, viene quindi preparato lo spazio dei nomi della classe. Se la metaclasse ha un attributo __prepare__, viene chiamato come namespace = metaclass.__prepare__(name, bases, **kwds) (dove gli argomenti keyword aggiuntivi, se presenti, provengono dalla definizione della classe). Se la metaclasse non ha l'attributo __prepare__, lo spazio dei nomi della classe viene inizializzato come una mappatura ordinata vuota. - docs.python.org

Design Singleton usando una metaclasse

È un pattern di progettazione che limita l'istanza di una classe a un solo oggetto. Questo può essere utile, ad esempio, quando si progetta una classe per connettersi a un database. Si potrebbe voler avere una sola istanza della classe di connessione.

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

class SingletonClass(metaclass=SingletonMeta):
    pass
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Conclusione

In questo articolo abbiamo visto cosa sono le metaclassi e come possiamo implementarle nella nostra programmazione in Python. Le metaclassi possono essere applicate al logging, alla registrazione delle classi al momento della creazione, al profiling e altro ancora. Sembrano concetti piuttosto astratti e potresti chiederti se ti servano davvero. Un Pythonista di lungo corso, Tim Peters, risponde al meglio a questa domanda.

"Le metaclassi sono una magia più profonda di quanto il 99% degli utenti dovrebbe mai preoccuparsi. Se ti chiedi se ti servono, non ti servono (le persone a cui servono davvero lo sanno con certezza, e non hanno bisogno di una spiegazione del perché)." - realpython

Se vuoi imparare di più su Python, inizia il percorso di competenze Python Programming di DataCamp e dai un'occhiata al nostro Tutorial sulle classi in Python.

Riferimenti

Link uno

Link due