由ORM談Python元類

小米運維發表於2019-01-02

本文主要介紹了什麼是類,如何動態的建立類,什麼是元類,類的_metaclass_屬性以及如何自己實現ORM。


在談Python元類之前,我們先來看看ORM是什麼:

ORM 為Object Relational Mapping 的簡稱,中文意思為物件關係對映,ORM的出現,是為了解決物件導向和關聯式資料庫之間不相匹配而出現的技術,目的是使用物件導向的思想來實現對資料庫中表的操作,從而遮蔽掉底層的SQL操作。

簡單瞭解了ORM的概念,許多同學可能會想了解ORM是怎麼實現的,以下程式碼摘自django專案ORM的部分實現程式碼:

def subclass_exception(name, parents, module, attached_to=None):     """     Create exception subclass. Used by ModelBase below.      If 'attached_to' is supplied, the exception will be created in a way that     allows it to be pickled, assuming the returned exception class will be added     as an attribute to the 'attached_to' class.     """     class_dict = {'__module__': module}
   if attached_to is not None:
           def __reduce__(self):                # Exceptions are special - they've got state that isn't                # in self.__dict__. We assume it is all in self.args.
              return (unpickle_inner_exception, (attached_to, name), self.args)              def __setstate__(self, args):                self.args
= args          class_dict['__reduce__'] = __reduce__         class_dict['__setstate__'] = __setstate__

   return type(name, parents, class_dict)

很多同學會好奇,type 不是一般來檢測Python變數的型別的嘛,怎麼在這裡竟然可以接受這麼多引數,在這裡他的用法到底是什麼呢? 這就涉及到了Python 的元類(metaclass)相關知識,而ORM,則是元類的應用之一。

什麼是類?

簡單來說,類就是用一種使用相對固定的格式,來描述如何生成物件的一段程式碼,在Python中,我們使用如下格式來生成類:

class MyClass(object):     pass

但是同時,類又是一種特殊的物件,稱之為classobj,可以使用type來測定出:

>>> class MyClass():
...     pass
...
>>> type(MyClass) <type 'classobj'
>>>> type(MyClass()) <type 'instance'>

同時,它也具有物件的全部特徵,如你可以對他進行賦值,複製,增加屬性等的操作,如下示例:

>>> class MyClass():
...     pass ...
>>> print MyClass __main__.MyClass
>>> a = MyClass
>>> print a __main__.MyClass
>>> MyClass.__dict__
{'__module__': '__main__', '__doc__': None}
>>> MyClass.a = 100
>>> MyClass.__dict__
{'a': 100, '__module__': '__main__', '__doc__': None}
>>> >>> MyClass.a = 200
>>> MyClass.a200
>>>
如何動態的建立類?

最簡單的方法,就是採用如下方法:

def create_class(class_name):     if class_name == "MyClass":
       class MyClass():             pass         return MyClass
   else:
       class OtherClasss():             pass         return OtherClasss

但是此類方法,不能稱之為真正的動態,因為只能支援有限的類的建立,那有什麼方法,能真正實現動態建立一些類呢? 所以,這裡就不得不提到關鍵詞type了,首先,我們大多數人談起type,首先想到的是,type不就是用來測試變數型別的嘛,如下:

>>> print type(1)<type 'int'
>>>> print type("1")<type 'str'
>>>> class A():
...     pass
...
>>> type(A)<type 'classobj'
>>>> type(A()) <type 'instance'>

但是與此同時,type還有另一個神奇的能力,就是它也能動態的建立類。type可以接受一個類的相關資訊作為引數,然後返回一個類。 下面是其用法:

type(類名, 父類的元組,包含屬性的字典)
什麼是元類?

上面提到了類是一種特殊的物件,物件就必須有類來建立,而元類,就是用來建立這種類的。簡單來說,用於建立類的類,就是元類。 可以理解為一下這種方式:

MyClass = MetaClass()
MyObject = MyClass()

而type,就是元類,於是建立一個類,就可以使用如下這種方式:

MyClass = type("MyClass", (), {})
MyObject = MyClass()
類的_metaclass_屬性

當我們建立一個類的時候為其新增__metaclass__屬性:

class Foo(object):     __metaclass__ = something… […]

那麼,Python就會採用你指定的方法,來建立這個類,否則,會使用type來建立這個類,下面演示如何自定義的指定metaclass屬性:

def lower_attr(class_name, class_parents, class_attr):     lower_attr = {}
   for name, val in class_attr.items():
       if name.startswith('__'):            lower_attr[name] = val
       else:            lower_attr[name.lower()] = val
   return type(class_name, class_parents, lower_attr)

class MyClss():     __metaclass__
= lower_attr     A = 'A'     b = 'b'

my_class = MyClss()

print hasattr(my_class, 'A') # False print hasattr(my_class, 'b') # True print hasattr(my_class, 'a') # True
如何自己實現ORM?

首先來定義Field類,它負責儲存資料庫表的欄位名和欄位的型別:

class Field(object):     def __init__(self, name, column_type):         self.name = name         self.column_type = column_type

在Field的基礎上,進一步定義各種具體型別的Field,比如StringField,IntegerField等等:

class StringField(Field):     def __init__(self, name, max_length):         super(StringField, self).__init__(name, 'varchar(%d)' % max_length)  class IntegerField(Field):     def __init__(self, name):         super(IntegerField, self).__init__(name, 'int')

下一步,就是編寫最複雜的ModelMetaclass了:

class ModelMetaclass(type):     def __new__(cls, name, bases, attrs):         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):                 mappings[k] = v         for k in mappings.keys():             attrs.pop(k)         attrs['__mappings__'] = mappings         attrs['__table__'] = name         return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

以及基類Model:

class Model(dict, metaclass=ModelMetaclass):

   def __init__(self, **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__.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))

建立User類,並呼叫save方法,儲存:

class User(Model):     id = IntegerField('id')     name = StringField('username', max_length=48)     email = StringField('email', max_length=128)     password = StringField('password', max_length=24)  # 建立一個例項: u = User(id=12345, name='xiaoming', email='xiaoming@xiaomi.com', password='test') # 儲存到資料庫: u.save()

上面,我們就簡單實現了一個ORM。

參考連結

stackoverflow:

廖雪峰的官方網站:

由ORM談Python元類


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