Giới thiệu về Metaclass trong Python

Tạo Metaclass Tùy chỉnh

Trong Python, ta có thể tùy biến quy trình tạo lớp bằng cách truyền từ khóa metaclass trong định nghĩa lớp. Điều này cũng có thể thực hiện bằng cách kế thừa từ một lớp đã truyền sẵn từ khóa này.

class MyMeta(type):
    pass

class MyClass(metaclass=MyMeta):
    pass

class MySubclass(MyClass):
    pass
Được hỗ trợ bởi

Ta có thể thấy bên dưới rằng kiểu của lớp MyMeta là type và kiểu của MyClass và MySubClass là MyMeta.

print(type(MyMeta))
print(type(MyClass))
print(type(MySubclass))
Được hỗ trợ bởi

<class 'type'>
<class '__main__.MyMeta'>
<class '__main__.MyMeta'>
Được hỗ trợ bởi

Khi định nghĩa một lớp mà không chỉ định metaclass, metaclass mặc định type sẽ được dùng. Nếu một metaclass được cung cấp và nó không phải là thể hiện của type(), thì nó sẽ được dùng trực tiếp làm metaclass.

__new__ và __init__

Metaclass cũng có thể được định nghĩa theo một trong hai cách dưới đây. Chúng ta sẽ giải thích sự khác nhau giữa chúng ngay sau đó.

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

class MetaTwo(type):
    def __init__(self, name, bases, dict):
        pass
Được hỗ trợ bởi

__new__ được dùng khi muốn xác định dict hoặc tuple bases trước khi lớp được tạo. Giá trị trả về của __new__ thường là một thể hiện của cls. __new__ cho phép các lớp con của kiểu bất biến tùy biến việc tạo thể hiện. Nó có thể được ghi đè trong metaclass tùy chỉnh để tùy biến việc tạo lớp. __init__ thường được gọi sau khi đối tượng đã được tạo nhằm khởi tạo nó.

Phương thức __call__ của Metaclass

Theo tài liệu chính thức, ta cũng có thể ghi đè các phương thức lớp khác bằng cách định nghĩa phương thức __call__() tùy chỉnh trong metaclass để cho phép hành vi tùy biến khi lớp được gọi.

Phương thức __prepare__ của Metaclass

Theo tài liệu mô hình dữ liệu của Python

Sau khi metaclass thích hợp đã được xác định, không gian tên của lớp sẽ được chuẩn bị. Nếu metaclass có thuộc tính __prepare__, nó được gọi như namespace = metaclass.__prepare__(name, bases, **kwds) (trong đó các đối số từ khóa bổ sung, nếu có, đến từ định nghĩa lớp). Nếu metaclass không có thuộc tính __prepare__, không gian tên của lớp được khởi tạo như một ánh xạ có thứ tự rỗng. - docs.python.org

Thiết kế Singleton bằng Metaclass

Đây là một mẫu thiết kế giới hạn việc khởi tạo một lớp chỉ còn một đối tượng. Điều này có thể hữu ích, chẳng hạn khi thiết kế lớp kết nối đến cơ sở dữ liệu. Bạn có thể muốn chỉ có một thể hiện của lớp kết nối.

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
Được hỗ trợ bởi

Kết luận

Trong bài viết này, chúng ta đã tìm hiểu metaclass là gì và cách triển khai chúng trong lập trình Python. Metaclass có thể được áp dụng vào ghi log, đăng ký lớp tại thời điểm tạo và profiling, cùng nhiều mục đích khác. Chúng có vẻ là khái niệm khá trừu tượng, và bạn có thể tự hỏi liệu mình có cần dùng chúng hay không. Lập trình viên Python kỳ cựu Tim Peters trả lời câu hỏi đó một cách súc tích.

"Metaclass là phép thuật sâu hơn mức 99% người dùng cần bận tâm. Nếu bạn băn khoăn liệu mình có cần chúng không, thì là không (những người thực sự cần sẽ biết chắc họ cần, và không cần lời giải thích vì sao).” - realpython

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về Python, hãy bắt đầu lộ trình kỹ năng Python Programming của DataCamp và xem Hướng dẫn Python Classes của chúng tôi.

Tài liệu tham khảo

Liên kết một

Liên kết hai