Introdução a metaclasses em Python

Criando metaclasses personalizadas

Em Python, dá para personalizar o processo de criação de classes passando a palavra-chave metaclass na definição da classe. Isso também pode ser feito herdando de uma classe que já define essa palavra‑chave.

class MyMeta(type):
    pass

class MyClass(metaclass=MyMeta):
    pass

class MySubclass(MyClass):
    pass

Veja abaixo que o tipo da classe MyMeta é type e que o tipo de MyClass e MySubClass é MyMeta.

print(type(MyMeta))
print(type(MyClass))
print(type(MySubclass))

<class 'type'>
<class '__main__.MyMeta'>
<class '__main__.MyMeta'>

Quando nenhuma metaclass é definida, a metaclass padrão type é usada. Se uma metaclass for informada e não for uma instância de type(), então ela é usada diretamente como metaclass.

__new__ e __init__

Metaclasses também podem ser definidas de duas formas, como mostrado abaixo. Explicamos a diferença na sequência.

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

class MetaTwo(type):
    def __init__(self, name, bases, dict):
        pass

__new__ é usado quando você quer definir o dicionário (dict) ou a tupla de bases antes da criação da classe. O valor de retorno de __new__ geralmente é uma instância de cls. __new__ permite que subclasses de tipos imutáveis personalizem a criação de instâncias, e pode ser sobrescrito em metaclasses personalizadas para customizar a criação de classes. Já __init__ é chamado depois que o objeto foi criado, para inicializá‑lo.

Método __call__ da metaclass

De acordo com a documentação oficial, também é possível sobrescrever outros métodos de classe definindo um método __call__() personalizado na metaclass, permitindo um comportamento específico quando a classe é chamada.

Método __prepare__ da metaclass

Segundo o data model do Python

Após identificar a metaclass apropriada, o namespace da classe é preparado. Se a metaclass tiver o atributo __prepare__, ele é chamado como namespace = metaclass.__prepare__(name, bases, **kwds) (os argumentos nomeados adicionais, se houver, vêm da definição da classe). Se a metaclass não tiver __prepare__, o namespace da classe é inicializado como um mapeamento ordenado vazio. - docs.python.org

Padrão Singleton usando uma metaclass

Esse é um padrão de projeto que restringe a instanciação de uma classe a um único objeto. Pode ser útil, por exemplo, ao projetar uma classe de conexão com banco de dados, quando você quer manter apenas uma instância da conexão.

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

Conclusão

Neste artigo, você viu o que são metaclasses e como implementá‑las na sua programação em Python. Metaclasses podem ser aplicadas em logging, registro de classes no momento da criação, profiling, entre outros. Elas parecem conceitos bem abstratos — e talvez você esteja se perguntando se realmente precisa usá‑las. Tim Peters, veterano do Python, responde isso da melhor forma.

"Metaclasses são uma magia mais profunda do que 99% dos usuários deveria se preocupar. Se você está se perguntando se precisa delas, não precisa (as pessoas que realmente precisam sabem com certeza que precisam, e não precisam de explicações sobre o porquê)." - realpython

Quer aprender mais sobre Python? Comece a trilha de habilidades Python Programming da DataCamp e confira nosso tutorial de classes em Python.

Referências

Link 1

Link 2