python中的元類Metaclass
python中的元類Metaclass
理解元類之前需要學習的知識
如果說讓我們建立一個類，最先想到的肯定是用class建立，當我們使用class建立類的時候，Python直譯器自動建立這個物件，但是python同樣也提供了手動處理的方法來建立類，這就是用python的自建函式type()。
我們所熟知的type()函式的作用是返回一個引數的型別，但是實際上，它也有一種完全不同的能力，即接受一個類的一些描述作為引數，然後返回一個類。
type()函式的語法是這樣的:
type(類名, 父類的元組（針對繼承的情況，可以為空），包含屬性的字典（名稱和值）)- 1
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舉個例子：
class ReedSun(ShuaiGe):
shuai = True
def test(x):
return x+2
# 就等價於
type("ReedSun", (ShuaiGe,), {"shuai":True, "test":lambda x: x+2})
# （屬性和方法本質上都是方法）- 1
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在python中，類也是物件，當我們使用class關鍵詞建立一個類的時候，Python直譯器僅僅是掃描一下class定義的語法，然後呼叫type()函式建立出class。
元類是什麼
元類是什麼？元類實際上就是用來建立類的東西。為了幫助我們理解，我們可以這樣想，我們建立類就是為了建立類的例項，同樣的，我們建立元類就是為了建立類。元類就是類（例項）的類，就像下面這樣
Metaclass() = class
class() = object # object==>例項- 1
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理解了什麼是元類，我們再來看一看type()函式。
其實type就是一個元類，type就是我們用來建立所有的類的元類。（如果我們要建立自己定義的元類的話，也要從type中繼承）
元類的工作原理
我們來看一下下面這個例子
class ReedSunMetaclass(type):
pass
class Foo(object， metaclass = ReedSunMetaclass):
pass
class Bar(Foo):
pass- 1
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首先，我們建立了一個元類
ReedSunMetaclass（注意！按照預設習慣，元類的類名總是以Metaclass結尾，以便清楚地表示這是一個元類）。 -
然後，我們又用元類
ReedSunMetaclass建立了一個Foo類，（同時，Foo類的屬性__metaclass__就變成了ReedSunMetaclass)。 -
最後，我們建立了一個子類
Bar繼承自Foo。
我們來試著理解一下在python內部是怎麼執行這幾個步驟的：
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對於父類
Foo，Python會在類的定義中尋找__metaclass__屬性，如果找到了，Python就會用它來建立類Foo，如果沒有找到，就會用內建的type來建立這個類。很顯然，它找到了。 -
對於子類
Bar, python會先在子類中尋找__metaclass__屬性，如果找到了，Python就會用它來建立類Bar，如果沒有找到，就再從父類中尋找，直到type。顯然，它在父類中找到了。
我們可以看到使用元類的一個好處了，即他可以讓子類隱式的繼承一些東西。
自定義元類
元類的主要目的就是為了當建立類時能夠自動地改變類。建立類我們需要定義__new__()函式，__new__ 是在__init__之前被呼叫的特殊方法，是用來建立物件並返回之的方法。我們舉個例子來說明定義自定義元類的方法。
__new__()方法接收到的引數依次是：
1. 當前準備建立的類的物件；
2. 類的名字；
3. 類繼承的父類集合；
4. 類的方法集合。
class ReedSunMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
# 新增一個屬性
attrs['哈哈哈'] = True
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)- 1
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我們用一個實際例子來說明元類的用法
ORM就是一個典型的使用元類的例子。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。下面我就用這個ORM的例子來說明一下元類的用法。
#ORM:object relational mapping 物件-關係對映
#把關聯式資料庫的一行對映為一個物件，也就是一個類對應一個表
#ORM框架所有的類只能動態定義
# 定義Field(定義域：元類遇到Field的方法或屬性時即進行修改）
class Field(object):
def __init__(self, name, column_type): # column==>列型別
self.name = name
self.column_type = column_type
# 當用print列印輸出的時候，python會呼叫他的str方法
# 在這裡是輸出<類的名字，例項的name引數(定義例項時輸入)>
# 在ModelMetaclass中會用到
def __str__(self):
return "<%s:%s>" % (self.__class__.__name__, self. name) # __class__獲取物件的類，__name__取得類名
# 進一步定義各種型別的Field
class StringField(Field):
def __init__(self, name):
# super(type[, object-or-type]) 返回type的父類物件
# super().__init()的作用是呼叫父類的init函式
# varchar(100)和bigint都是sql中的一些資料型別
super(StringField, self).__init__(name, "varchar(100)")
class IntegerField(Field):
def __init__(self, name):
super(IntegerField, self).__init__(name, "bigint")
# 編寫ModelMetaclass
class ModelMetaclass(type):
# __new__方法接受的引數依次是：
# 1.當前準備建立的類的物件（cls）
# 2.類的名字（name）
# 3.類繼承的父類集合(bases)
# 4.類的方法集合(attrs)
def __new__(cls, name, bases, attrs):
# 如果說新建立的類的名字是Model，那直接返回不做修改
if name == "Model":
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
print("Found model:%s" % name)
mappings = dict()
for k, v in attrs.items():
if isinstance(v, Field):
print("Found mappings:%s ==> %s" % (k, v)) # 找到對映， 這裡用到上面的__str__
mappings[k] = v
# 結合之前，即把之前在方法集合中的零散的對映刪除，
# 把它們從方法集合中挑出，組成一個大方法__mappings__
# 把__mappings__新增到方法集合attrs中
for k in mappings.keys():
attrs.pop(k)
attrs["__mappings__"] = mappings
attrs["__table__"] = name # 新增表名，假設表名與類名一致
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
# 編寫Model基類繼承自dict中，這樣可以使用一些dict的方法
class Model(dict, metaclass=ModelMetaclass):
def __init__(self, **kw):
# 呼叫父類，即dict的初始化方法
super(Model, self).__init__(**kw)
# 讓獲取key的值不僅僅可以d[k]，也可以d.k
def __getattr__(self, key):
try:
return self[key]
except KeyError:
raise AttributeError(r"'Model' object has no attribute '%s'" % key)
# 允許動態設定key的值，不僅僅可以d[k]，也可以d.k
def __setattr__(self, key, value):
self[key] = value
def save(self):
fields = []
params = []
args = []
# 在所有對映中迭代
for k, v in self.__mappings__.items():
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))
# 這樣一個簡單的ORM就寫完了
# 下面實際操作一下，先定義個User類來對應資料庫的表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=12345, name="ReedSun", email="sunhongzhao@foxmail.com", password="nicaicai")
u.save()
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