19｜自定义类型：面向对象编程的基础设施

海纳

你好，我是海纳。
在 Python 中，包括函数、方法、类型在内的一切皆是对象，我们前面已经很深刻地认识到了这一点。这些机制为面向对象编程提供了基础。上一节课，我们为虚拟机添加了类型系统。这节课，我们会在上节课的基础上，继续研究如何实现用户自定义类型。
自定义类的实现可能是 Python 3 相对于 Python 2 变化最大的一个特性了。它新增了很多机制，使类的功能变得更加强大、灵活了。但同时，这些新的特性也给开发者设置了不小的门槛，尤其是元类（metaclass），很多人即使可以合理地使用它来进行开发，但仍然很难说出它背后的原理。
这一节课，我们就一步步地来实现自定义类的这些功能。
支持用户自定义类型Python 是一种支持对象的编程语言，而面向对象的编程语言中，最重要的一个特性就是自定义类。我们经过了长途跋涉，终于走到自定义类的门口了。和之前一样，我们先来研究测试用例以及它的字节码。
class A(object):
    value = 1 
a = A() 
print(a.value)
对应的字节码：
  1           0 LOAD_BUILD_CLASS
              2 LOAD_CONST               0 (<code object A>)
              4 LOAD_CONST               1 ('A')
              6 MAKE_FUNCTION            0
              8 LOAD_CONST               1 ('A')
             10 LOAD_NAME                0 (object)
             12 CALL_FUNCTION            3
             14 STORE_NAME               1 (A)
  4          16 LOAD_NAME                1 (A)
             18 CALL_FUNCTION            0
             20 STORE_NAME               2 (a)
  5          22 LOAD_NAME                3 (print)
             24 LOAD_NAME                2 (a)
             26 LOAD_ATTR                4 (value)
             28 CALL_FUNCTION            1
             30 POP_TOP
             32 LOAD_CONST               2 (None)
             34 RETURN_VALUE

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解释
总结

1. Python 3 中新增了很多机制，使自定义类的功能变得更加强大、灵活，但也给开发者设置了不小的门槛，尤其是元类（metaclass）的使用。 2. Python 3 中的创建类型对象的核心逻辑位于 `__build_class__` 和 exec 两个函数中。 3. `__build_class__` 函数的作用是创建类型对象，它接受的参数有 5 个，包括 func、name、bases、metaclass 和 kwds。 4. 虚拟机通过执行 `__build_class__` 函数得到创建对象类型所需要的字典，然后通过调用 internal_exec 方法来创建类型对象。 5. 类的属性由第一个参数 func 来构造，func 所对应的 CodeObject 正是类型 A 的 CodeObject，在这段代码里，初始化了全量名、模块名、所有的方法和类属性。 6. Python 3 中的 exec 函数可以执行给定的源代码，并在全局和局部上下文中执行。 7. 虚拟机通过调用 Python 代码的时候，使用 call_virtual 方法进行跨语言调用。 8. 创建自定义类型的 TypeObject 对象是主要目标之一，通过 `__build_class__` 函数和 exec 方法实现了创建自定义类型的功能。 9. 通过 `__build_class__` 函数和 exec 方法，成功创建了一个自定义类型的类型对象，也就是它的对应的 TypeObject。

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