Type の深堀

まず python の基本的な type を呼び起こすため，次のコードを考える．

print(f"{type(0)=}")
print(f"{type(1.)=}")
print(f"{type('2')=}")
print(f"{type((3, '4'))=}")

出力は大体予想できると思うが，次の通りになる．

type(0)=<class 'int'>
type(1.)=<class 'float'>
type('2')=<class 'str'>
type((3, '4'))=<class 'tuple'>

明示的に定義する必要はないが，python の全ての変数が type を持っている．a = 0 と書いた時点で変数 a が 0 を意味するので，その type ももちろん 0 と一致して，<class 'int'> のほかならない．

では，class の type はどうだろう？

class Foo:
    def f(self, x):
        return 2 * x + 1

bar = Foo()
print(f'{type(bar)=}')

実行すると，

type(bar)=<class '__main__.Bar'>

つまり，class をインスタンス化したら，そのインスタンスの type は自身の class である Foo になる．実際，python を含む多くのプログラミング言語では，type, class, object という３つの単語は同じ意味を持つ．故に，type を聞いて，class 名が返ってくることは不思議ではない．

では，class そのものの type は何だろう？

print(f'{type(int)=}')
print(f'{type(str)=}')
print(f'{type(Foo)=}')

その結果，

type(int)=<class 'type'>
type(str)=<class 'type'>
type(Foo)=<class 'type'>

class そのものの type，あるいは class は，type である．bar = Foo() で Foo をインスタンス化して bar を作るように，type で Foo を作れる．

Foo = type('Foo', (), {'f': lambda self, x: 2 * x + 1})

上記コードで定義した Foo は，前述の class キーワードを用いて定義した Foo はほぼ同じである．

※「ほぼ」というのは，例をわかりやすくするために，一部本質でないかつ繁雑なメタ情報の入力を省いたからだ．そのゆえ，キーワードで class を書いた場合と若干異なる．機能に影響がなく，ほとんどの場合においてそれらの違いを無視しても構わない．それらの違いを調べたいなら，両方の Foo.__dict__ を出力して比べてみよう．

Metaclass

前述のように class を定義するための class は，metaclass と呼ぶ．全ての class に共通する親 class object が存在しているように，全ての metaclass には，type という共通の親 metaclass が存在している．

python における metaclass は，斬新な概念ではなく，decorator の class に特化したものだと考えられる．実際，metaclass を利用して実現できる機能は，type を改造したり，class 定義時に decorator を掛けたりすることで，同様に実現できる．

まず次の問題を解決する metaclass のプログラミング例を見てみよう：

自分のプログラミング習慣を直すために，class 内の attributes の名前を 4 文字以上つけるべきだと思い，どうやってプログラミング的にそのルールをチェックするか？

class LengthCheckMeta(type):
    def __new__(mcls, name, bases, namespace):
        failed = [attribute for attribute in namespace if len(attribute) < 4]
        assert not failed, (
            f'Name check failed: {failed}.\n'
             '\tAttribute name must be greater than or equal to 4 characters.')
        return super().__new__(mcls, name, bases, namespace)
        

class MyClass(metaclass=LengthCheckMeta):
    i = 1
    
    def f(self):
        ...
    
    def g(self):
        ...
    
    def func(self):
        ...
    
    def valid(self):
        ...

実行すると，

Traceback (most recent call last):
  File "M:\CloudStorages\Google\toggle Drive\BLOG\blog_src\blog1\p3.py", line 10, in <module>
    class MyClass(metaclass=LengthCheckMeta):
  File "M:\CloudStorages\Google\toggle Drive\BLOG\blog_src\blog1\p3.py", line 4, in __new__
    assert not failed, (
           ^^^^^^^^^^
AssertionError: Name check failed: ['i', 'f', 'g'].
    Attribute name must be greater than or equal to 4 characters.

Process finished with exit code 1

とエラーが表示される．

これは一例であり，このようなクラスを定義時の行為を変更させるようには，metaclass を用いる．metaclass の主な実用例として，次が挙げられる：