使用元类覆盖复杂的内置方法

Question

作为一项学习练习，我正在尝试实现一个类，该类将模拟 python 的 complex 内置函数的行为，但 __str__ 和 __repr__ 方法的行为不同：我希望它们打印在格式...

(1.0,2.0)

...而不是：

(1+2j)

我首先尝试简单地从complex 子类化并重新定义__str__ 和__repr__，但是这样做的问题是，当调用非覆盖方法时，会返回标准complex，并以标准格式打印：

>>> a = ComplexWrapper(1.0,1.0)
>>> a
(1.0,1.0)
>>> b = ComplexWrapper(2.0,3.0)
>>> b
(2.0,3.0)
>>> a + b
(3+4j)

当期望的输出是(3.0,4.0)。

我正在阅读有关元类的信息，并认为它们可以解决我的问题。从Python Class Decorator的答案开始，我目前的实现如下：

def complex_str(z):
    return '(' + str(z.real) + ',' + str(z.imag) + ')'
def complex_repr(z):
    return '(' + repr(z.real) + ',' + repr(z.imag) + ')'

class CmplxMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs):
        attrs['__str__'] = complex_str
        attrs['__repr__'] = complex_repr
        return super(CmplxMeta, cls).__new__(cls, name, bases, attrs)

class ComplexWrapper(complex):
    __metaclass__ = CmplxMeta

不幸的是，这似乎与之前的解决方案具有相同的行为（例如，当两个 ComplexWrapper 实例相互添加时）。

我承认，我并不完全了解元类。也许我的问题可以用不同的方式解决？

当然，我可以手动重新定义__add__、__subtract__等相关方法，但这会非常重复，所以我更喜欢更优雅的解决方案。

任何帮助表示赞赏。

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编辑：对 agf 的回答：

所以我对你的代码有很多不明白的地方：

1. ReturnTypeWrapper 元类的__new__ 方法从哪里获取参数？如果它们是自动通过的，我希望在这种情况下name = "Complex", bases = (complex), dict = {}。那是对的吗？这种自动传递类数据的方法是否特定于元类？

2. 你为什么使用 cls = type.__new__(mcs, name, bases, dct) 而不是 cls = type(mcs, name, bases, dct)? 是否只是为了避免与type()的“其他含义”混淆？

3. 我复制了您的代码，并在您的 ComplexWrapper 类中添加了我对 __str__ 和 __repr__ 的特殊实现。但它不起作用；打印Complex 类型的任何对象仅以标准 Python 格式打印。我不明白，因为这两个方法应该在元类的 for 循环中被拾取，但之后应该被我的定义覆盖。

我的代码的相关部分：

class Complex(complex):
    __metaclass__ = ReturnTypeWrapper
    wrapped_base = complex
    def __str__(self):
        return '(' + str(self.real) + ',' + str(self.imag) + ')'
    def __repr__(self):
        return '(' + repr(self.real) + ',' + repr(self.imag) + ')'

及其行为：

>>> type(a)
<class 'Cmplx2.Complex'>
>>> a.__str__
<bound method Complex.wrapper of (1+1j)>
>>> a.__str__()
'(1+1j)'
>>> 

再次感谢您的回答，如果您在回答中提到它们，请随时编辑/删除以上内容！

Answer 1

您当前的方法行不通。你如何定义你的类不是问题——complex 的方法是在你调用它们时创建complex 的新实例，而不是使用输入对象的type。您将始终返回 complex 而不是 ComplexWrapper 的实例，因此不会调用您的自定义方法：

>>> type(ComplexWrapper(1.0,1.0) + ComplexWrapper(2.0,3.0))
<type 'complex'>

---

相反，您需要将complex 的方法返回的新complex 对象转换为派生类的返回对象。

这个元类包装了指定基类的所有方法，并将包装的方法附加到该类。包装器检查要返回的值是否是基类的实例（但不包括子类的实例），如果是，则将其转换为派生类的实例。

class ReturnTypeWrapper(type):
    def __new__(mcs, name, bases, dct):
        cls = type.__new__(mcs, name, bases, dct)
        for attr, obj in cls.wrapped_base.__dict__.items():
            # skip 'member descriptor's and overridden methods
            if type(obj) == type(complex.real) or attr in dct:
                continue
            if getattr(obj, '__objclass__', None) is cls.wrapped_base:
                setattr(cls, attr, cls.return_wrapper(obj))
        return cls

    def return_wrapper(cls, obj):
        def convert(value):
            return cls(value) if type(value) is cls.wrapped_base else value
        def wrapper(*args, **kwargs):
            return convert(obj(*args, **kwargs))
        wrapper.__name__ = obj.__name__
        return wrapper

class Complex(complex):
    __metaclass__ = ReturnTypeWrapper
    wrapped_base = complex
    def __str__(self):
        return '({0}, {1})'.format(self.real, self.imag)
    def __repr__(self):
        return '{0}({1!r}, {2!r})'.format(self.__class__.__name__, 
                                          self.real, self.imag)


a = Complex(1+1j)
b = Complex(2+2j)

print type(a + b)

请注意，这不会包装__coerce__ 特殊方法，因为它返回complexs 的tuple；如果需要，包装器可以很容易地转换为查看内部序列。

未绑定方法的__objclass__ 属性似乎没有记录，但它指向定义该方法的类，所以我用它来过滤掉定义在我们要转换的类之外的类上的方法。我在这里也用它来过滤掉不是未绑定方法的属性。