使用元类覆盖复杂内置方法

作为学习练习，我正在尝试实现一个类来模拟 python 的行为complex内置的，但具有不同的行为__str__ and __repr__方法：我希望它们以以下格式打印...

(1.0,2.0)

...代替：

(1+2j)

我首先尝试简单地从complex并重新定义__str__ and __repr__，但这有一个问题，当调用非重写方法时，标准complex返回并以标准格式打印：

>>> 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)

当所需的输出为(3.0,4.0).

我正在阅读有关元类的内容，并认为它们可以解决我的问题。从答案开始Python 类装饰器 https://stackoverflow.com/questions/681953/python-class-decorator，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）。

我承认，我并不完全理解元类。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相关方法，例如__add__, __subtract__等等。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。

编辑：对 agf 答案的回应：

所以我对你的代码有很多不明白的地方：

1. 哪里有__new__的方法ReturnTypeWrapper元类从哪里获取它的参数？如果它们自动通过，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)代替cls = type(mcs, name, bases, dct)？ 难道只是为了避免与“其他含义”混淆type()?

3. 我复制了你的代码，并添加了我的特殊实现__str__ and __repr__在你的ComplexWrapper班级。但这不起作用；打印任何类型的对象Complex仅以标准 Python 格式打印。我不明白这一点，因为这两个方法应该在元类的 for 循环中选取，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，如果您在答案中解决了上述问题，请随时编辑/删除以上内容！

你现在的方法行不通。如何定义类不是问题——方法complex正在创建新实例complex当你打电话给他们时，而不是使用type输入对象的数量。你总是会得到以下实例complex而不是ComplexWrapper，因此您的自定义方法将不会被调用：

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

相反，您需要转换新的complex的方法返回的对象complex返回派生类的对象。

该元类包装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，因为它返回一个tuple of complexs;如果需要，可以轻松地将包装器转换为查看序列内部。

The __objclass__未绑定方法的属性似乎没有记录，但它指向定义该方法的类，因此我用它来过滤掉在我们要转换的类之外的类上定义的方法。我还在这里使用它来过滤掉不是未绑定方法的属性。