Python高階用法總結--元類
type()
動態語言和靜態語言最大的不同，就是函式和類的定義，不是編譯時定義，而是執行時動態建立的。
比方說我們要定義一個 Hello 的 class ，就寫一個hello.py 模組：
class Hello(object): def hello(self, name='world'): print('Hello, %s' %name)
當 Python 直譯器載入 hello 模組時，就會依次執行該模組的所有語句，執行結果就是動態創建出一個 Hello 的 class 物件，測試如下:
from hello import Hello h= Hello() h.hello() # Hello,world print(type(Hello)) # <type 'type'> print(type(h)) #<class 'hello.Hello'>
type() 函式可以檢視一個型別或變數的型別，Hello 是一個class，它的型別就是 type ，而 h 是一個例項，它的型別就是 class Hello。
我們說 class 的定義是執行時動態建立的，而建立 class 的方法就是使用 type() 函式。
type() 函式既可以返回一個物件的型別，又可以創建出新的型別，比如，我們可以通過 type() 函式創建出 Hello 類，而無需通過 class Hello(object) 來定義。
def fn(self, name='world'): # 先定義函式 print('Hello, %s'%name) Hello = type('Hello', (object,), dict(hello=fn)) # 建立Hello class h = Hello() h.hello() # Hello， world print(type(Hello)) # <type 'type'> print(type(h)) # <class '__main__.Hello'>
要建立一個 class 物件， type() 函式依次傳入3個引數：
- class 的名稱。
- 繼承的父類集合，注意 Python 支援多重繼承，如果只有一個父類，別忘了 tuple 的單元素寫法。
- class 的方法名稱與函式繫結，這裡我們把函式 fn 繫結到方法名上。
通過 type() 函式建立的類和直接寫 class 是完全一樣的，因為Python 直譯器遇到 class 定義時，僅僅是掃描一下 class 定義的語法，然後呼叫 type() 函式創建出 class。
正常情況下，我們都用 class xxx 來定義類，但是， type() 函式也允許我們動態創建出類來，也就是說，動態語言本身支援執行期動態建立類，這和靜態語言有非常大的不同，要在靜態語言執行期建立類，必須構造原始碼字串再呼叫編譯器，或者藉助一些工具生成位元組碼實現，本質上都是動態編譯，非常複雜。
metaclass
除了使用 type() 動態建立類以外，要控制類的建立行為，還可以使用 metaclass。
metaclass 直譯為元類，簡單的解釋就是:
當我們定義了類以後，就可以根據這個類創建出例項，所以：先定義類，然後建立例項。
但是如果我們想創建出類呢？那就必須根據 metaclass 創建出類，所以：先定義 metaclass ，然後建立類。
連線起來就是：先定義metaclass ，就可以建立類，最後建立例項。
所以，metaclass 允許你建立類或者修改類。換句話說，你可以把類看出是 metatclass 創建出來的例項。
metaclass 是 Python 面向物件裡最難理解，也是最難使用的魔術程式碼。支援正常情況下，我們不會碰到。
我們先看一個簡單的例子，這個metaclass 的類名總是 Metaclass 結尾，以便清楚地表示這是一個 metaclass：
# metaclass 是建立類，所以必須從 type 型別派生 class ListMetaclass(type): def __new__(cls, name, bases, attrs): attrs['add'] = lambda self, value: self.paaned(value) return type.__new__(cls, name, bases, attrs) class MyList(list): __etaclass__ = ListMetaclass # 指示使用ListMetaclass 來定製類
當我們寫下 __metaclass__ = ListMetaclass 語句時，魔術就生效了，它指示 Python 直譯器在建立 MyList 時，要通過ListMetaclass.__new__() 來建立，在此，我們可以修改類的定義，比如加上新的方法，然後，返回修改後的定義。
__new__() 方法接收到的引數依次是：
- 當前準備建立的類的物件。
- 類的名字。
- 類繼承的父類集合。
- 類的方法集合
測試一下 MyList 是否可以呼叫 add() 方法：
L= MyList() L.add(1) print L # [1]
而普通的 list 沒有 add() 方法
l = list() l.add() Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> AttributeError: 'list' object has no attribute 'add'
動態修改有什麼意義？ 直接在MyList 定義中寫上 add() 方法不是更加簡單嗎？ 正常情況先，確實應該直接寫，通過metaclass 修改純屬變態。
但是，總會遇到需要通過 metaclass 修改類的定義的。
ORM 就是一個典型的例子
ORM 全稱 'Object Relational Mapping ' 即物件-關係對映，就是把關係資料庫的一行對映為一個物件，也就是一個類對應一個表，這樣，寫程式碼更簡單，不用直接操作 SQL 語句。
要編寫一個 ORM 框架，所有的類都只能動態定義，因為只有使用者才能根據表的結構定義出對應的類來。
例項：編寫 ORM 框架
編寫底層模組的第一步，就是先把呼叫介面寫出了。比如，使用者如果使用這個ORM框架，想定義一個 User 類來操作對應的資料庫表 User。
class User(Model): # 定義類的屬性到列的對映 id = IntegerField('id') name = StringField('username') email = StringField('email') password = StringField('password') # 建立一個例項 u = User(id=123, name='Michael', email='[email protected]', password='pwd') # 儲存到資料庫 u.save()
其中，父類 Model 和屬性型別 StringField 、IntegerField 是由ORM框架提供的，剩下的魔術方法比如 save() 全部由 metaclass 自動完成。雖然 metaclass 的編寫會比較複雜，但ORM 的使用者用起來卻異常簡單。
現在，我們就按照上面的介面來實現 ORM
首先來定義 Field 類，它負責儲存資料庫表的欄位名和欄位型別：
class Field(object): def __init__(self, name, column_type): self.name = name self.column_type = column_type def __str__(self): return '<%s:%s>' % (self.__class__.__name__, self.name)
在 Field 的基礎上，進一步定義各種型別的 Field ，比如 StringFielf、IntegerField 等等：
class StringField(Field): def __init__(self, name): super(StringField, self).__init__(name, 'varchar(100)') class IntegerField(Field): def __init__(self, name): super(IntaegerField, self).__init__(name, 'bigint')
下一步，就是編寫最複雜的 ModelMateclass 了：
class ModelMetaclass(type): def __new__(cls, name, bases, attrs): if name=='Model': return type.__new__(cls, name, bases, attrs) mappings = dict() for k, v in attrs.iteritems(): if isinstance(v, Field): print('Fund mapping: %s==>%s' % (k, v)) mappings[k] = v for k in mappings.iterkeys(): attrs.pop(k) attrs['__table__'] = name # 假設表名和類名一致 attrs['__mappings__'] = mappings # 儲存屬性和列的對映關係 return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
以及基類 Model：
class Model(dict): __metaclass__ = ModelMetaclass def __init__(slef, **kw): super(Model, self).__init__(**kw) def __getattr(self, key): try: return self[key] except KeyError: raise AttributeError(r" 'model' object has no attribute '%s' " % key) def __setattr__(self, key, value): self[key] = value def save(self): fields = [] params = [] args = [] for k, v in self.__mappings__.iteritems(): fields.append(v.name) params.append('?') args.append(getattr(self, k, None)) sql = 'insert into %s (%s) values (%s)' % (self.__table__, ','.join(fields), ','.join(params)) print('SQL: %s' % sql) print('ARGS: %s' % str(args))
當用戶定義一個 class User(Model) 時， Python 直譯器首先在當前類 User 的定義中查詢 __metaclass__ ，如果沒有找到，就繼續在父類 Model 中查詢 __metaclass__ 。找到了，就使用 Model 中定義的 __metaclass__ 的ModelMetaclass 來建立 User 類，也就是說， metaclass 可以隱式地繼承到子類，但子類自己卻感覺不到。
在 ModelMetaclass 中，一共做了幾件事情：
- 排除掉對 Model 類的修改。
- 在當前類（比如User）中查詢定義的類所有屬性，如果找到一個 Field 屬性，就把它儲存到一個 __mappings__ 的 dict 中，同時從類屬性中刪除該 Field 屬性，否則，容易造成執行時錯誤
- 把表名儲存到 __table__ 中，這裡簡化為表名預設為類名。
在 Model 類中，就可以定義各種操作資料庫的方法，比如 save(), delete(), find(), update() 等等。
編寫測試程式碼：
u = User(id=12345, name='Michael', email='[email protected]', password='my-pwd') u.save() # 輸出如下 Found model: User Found mapping: email ==> <StringField:email> Found mapping: password ==> <StringField:password> Found mapping: id ==> <IntegerField:uid> Found mapping: name ==> <StringField:username> SQL: insert into User (password,email,username,uid) values (?,?,?,?) ARGS: ['my-pwd', '[email protected]', 'Michael', 12345]
最後解釋一下類屬性和例項屬性。直接在class中定義的是類屬性：
class Student(object): name = 'Student'
例項屬性必須通過例項來繫結，比如self.name = 'xxx'。來測試一下：
>>> # 建立例項s： >>> s = Student() >>> # 列印name屬性，因為例項並沒有name屬性，所以會繼續查詢class的name屬性： >>> print(s.name) Student >>> # 這和呼叫Student.name是一樣的： >>> print(Student.name) Student >>> # 給例項繫結name屬性： >>> s.name = 'Michael' >>> # 由於例項屬性優先順序比類屬性高，因此，它會遮蔽掉類的name屬性： >>> print(s.name) Michael >>> # 但是類屬性並未消失，用Student.name仍然可以訪問： >>> print(Student.name) Student >>> # 如果刪除例項的name屬性： >>> del s.name >>> # 再次呼叫s.name，由於例項的name屬性沒有找到，類的name屬性就顯示出來了： >>> print(s.name) Student
因此，在編寫程式的時候，千萬不要把例項屬性和類屬性使用相同的名字。
在我們編寫的ORM中，ModelMetaclass會刪除掉User類的所有類屬性，目的就是避免造成混淆。
摘抄至https://www.liaoxuefeng.com/wiki/001374738125095c955c1e6d8bb493182103fac9270762a000/001386820064557c69858840b4c48d2b8411bc2ea9099ba000