Python 3元类机制解惑：方法调用顺序、参数与返回值

嘿，我来帮你把这些元类的细节掰扯清楚——先从你代码里的核心问题说起，再逐个拆解每个方法的调用时机、参数、返回值和相互逻辑～

先解决你的代码问题：为什么Thing的__init__没被调用？ #

你的元类Logged的__call__方法有两个明显的问题：

1. 参数定义错误：元类的__call__第一个参数应该是元类的实例（也就是你定义的Thing类本身），后面还得接收传给类构造的任意参数（*args, **kwargs），而不是只写个subclass。
2. 缺少实例初始化步骤：当你调用Thing()创建实例时，元类的__call__负责协调完整的实例创建流程——不仅要调用__new__生成实例对象，还要调用__init__去初始化这个实例（只要实例是当前类的对象）。

修正后的__call__方法应该是这样：

def __call__(cls, *args, **kwargs):
    print('In meta __call__')
    print('Creating {}.'.format(cls))
    # 1. 调用类的__new__创建实例
    instance = cls.__new__(cls, *args, **kwargs)
    # 2. 如果实例是当前类的对象，调用__init__初始化
    if isinstance(instance, cls):
        cls.__init__(instance, *args, **kwargs)
    # 3. 返回最终的实例
    return instance

运行这段修正后的代码，你就能看到In sub __init__的输出了，完整输出会变成：

In meta __prepare__
In meta __new__
In meta __init__
In meta __call__
Creating <class '__main__.Thing'>.
In sub __new__
In sub __init__
hello

元类核心方法的细节拆解 #

接下来我们逐个梳理__prepare__、__new__、__init__、__call__的核心细节：

1. __prepare__：类属性的“收纳盒”创建者

• 调用时机：Python开始解析类定义里的属性之前，会先调用这个方法。
• 参数：
  • cls：元类本身（比如你的Logged）
  • name：要创建的类的名字（比如Thing）
  • bases：要创建的类的父类元组（比如()，因为Thing没有显式父类）
• 返回值：必须返回一个映射对象（比如普通字典，或者collections.OrderedDict），用来临时存储类定义里的所有属性（方法、变量等）。你可以自定义这个映射来实现特殊逻辑，比如控制属性的顺序。
• 位置：是类创建流程的第一步，早于__new__和__init__。

2. __new__：类对象本身的“构造器”

• 调用时机：__prepare__返回映射后，Python收集完类的所有属性，就会调用这个方法来创建类对象本身（也就是Thing这个类，它是元类Logged的实例）。
• 参数：
  • cls：元类本身（Logged）
  • name：类名（Thing）
  • superclasses：父类元组（()）
  • attributes：类的属性字典（包含__prepare__返回的映射里的所有内容，加上Python自动添加的属性）
  • 可选**kwargs：如果定义类时传入了除metaclass之外的关键字参数，会被这里接收
• 返回值：必须返回一个类对象（通常是调用type.__new__(cls, name, superclasses, attributes)来创建，你也可以自定义这个过程，比如动态修改属性后再创建类）。如果返回的不是类对象，后续的__init__不会被执行。
• 位置：在__prepare__之后，__init__之前。

3. __init__：类对象的“初始化器”

• 调用时机：元类的__new__成功创建类对象后，会调用这个方法来初始化这个类对象。
• 参数：
  • cls：刚创建的类对象（也就是Thing——注意这里和__new__的cls不一样！__new__的cls是元类，__init__的cls是元类的实例，也就是我们定义的类）
  • name：类名（Thing）
  • superclasses：父类元组（()）
  • attributes：类的属性字典
  • 可选**kwargs：和__new__的kwargs对应
• 返回值：必须是None（Python规定初始化方法不能返回任何值）。
• 作用：你可以在这里给类对象添加额外属性、修改现有属性，或者执行一些类级别的初始化逻辑。

4. __call__：实例创建的“总指挥”

• 调用时机：当你调用类对象创建实例时（比如Thing()），实际上是调用元类的__call__方法——因为类对象是元类的实例，调用实例就会触发它所属类的__call__方法。
• 参数：
  • cls：类对象（Thing）
  • *args, **kwargs：传给类构造的所有参数（比如Thing(1, name="test")中的1和name="test"）
• 返回值：返回创建好的实例对象（通常是经过__new__和__init__处理后的实例）。你也可以自定义返回逻辑，比如单例模式下始终返回同一个实例。
• 内部流程：
  1. 调用cls.__new__(cls, *args, **kwargs)生成实例对象
  2. 如果__new__返回的是cls的实例，调用cls.__init__(instance, *args, **kwargs)初始化实例
  3. 返回最终的实例给调用者

完整的调用顺序总结 #

当你定义并使用一个带元类的类时，整个流程的顺序是：

1. Python解析类定义，调用元类的__prepare__获取属性映射
2. 收集类的所有属性到这个映射中
3. 调用元类的__new__创建类对象
4. 调用元类的__init__初始化类对象
5. 当你调用类创建实例时（Thing()），触发元类的__call__
6. 在__call__内部，调用类的__new__创建实例
7. 如果实例有效，调用类的__init__初始化实例
8. 返回实例给调用者

这样梳理下来，你应该就能清晰理解每个元类方法的角色和相互关系啦！

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Anthony