Что такое метаклассы в Python и в каких случаях их используют

Метакласс в Python — это «класс для класса». Он определяет, как создаётся сам класс, точно так же, как обычный класс определяет, как создаются его экземпляры (объекты).

По умолчанию в Python метаклассом для всех классов является type. Создавая собственный метакласс, вы перехватываете процесс создания класса (__new__) и можете изменить его до того, как он будет окончательно сформирован.

Основные сценарии использования:

• Автоматическая регистрация классов: Например, для создания реестра плагинов, ORM-моделей или сериализаторов. При определении нового класса метакласс может автоматически добавить его в глобальный словарь.
• Валидация структуры класса: Проверка на наличие обязательных методов или атрибутов при создании класса.
• Модификация класса: Автоматическое добавление или изменение методов и атрибутов во всех классах, использующих данный метакласс.

Пример: метакласс, требующий наличия атрибута __tablename__

# Определяем метакласс, наследуясь от type
class ModelMeta(type):
    def __new__(cls, name, bases, dct):
        # cls: сам метакласс (ModelMeta)
        # name: имя создаваемого класса ('User')
        # bases: кортеж базовых классов
        # dct: словарь атрибутов и методов класса

        if '__tablename__' not in dct:
            raise TypeError(f"Класс {name} должен определять атрибут '__tablename__'")

        # Вызываем __new__ родительского метакласса (type), чтобы создать класс
        return super().__new__(cls, name, bases, dct)

# Используем метакласс
class User(metaclass=ModelMeta):
    __tablename__ = 'users'
    id: int
    name: str

# Этот код вызовет ошибку TypeError, так как атрибут отсутствует
# class Order(metaclass=ModelMeta):
#     order_id: int

Метаклассы — это мощный, но сложный инструмент. В большинстве случаев их можно заменить более простыми механизмами, такими как декораторы классов или наследование.