在Python中使用元類的教程

 　　這篇文章主要介紹了在Python中使用元類的教程,是Python當中的基礎知識,代碼基於Python2.x版本,需要的朋友可以參考下

　　type()

　　動態語言和靜態語言最大的不同，就是函數和類的定義，不是編譯時定義的，而是運行時動態創建的。

　　比方說我們要定義一個Hello的class，就寫一個hello.py模塊：

　　?

1 2 3 class Hello(object): def hello(self, name='world'): print('Hello, %s.' % name)

　　當Python解釋器載入hello模塊時，就會依次執行該模塊的所有語句，執行結果就是動態創建出一個Hello的class對象，測試如下：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 >>> from hello import Hello >>> h = Hello() >>> h.hello() Hello, world. >>> print(type(Hello)) <type 'type'> >>> print(type(h)) <class 'hello.Hello'>

　　type()函數可以查看一個類型或變量的類型，Hello是一個class，它的類型就是type，而h是一個實例，它的類型就是class Hello。

　　我們說class的定義是運行時動態創建的，而創建class的方法就是使用type()函數。

　　type()函數既可以返回一個對象的類型，又可以創建出新的類型，比如，我們可以通過type()函數創建出Hello類，而無需通過class Hello(object)...的定義：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 >>> def fn(self, name='world'): # 先定義函數 ... print('Hello, %s.' % name) ... >>> Hello = type('Hello', (object,), dict(hello=fn)) # 創建Hello class >>> h = Hello() >>> h.hello() Hello, world. >>> print(type(Hello)) <type 'type'> >>> print(type(h)) <class '__main__.Hello'>

　　要創建一個class對象，type()函數依次傳入3個參數：

　　class的名稱;

　　繼承的父類集合，注意Python支持多重繼承，如果只有一個父類，別忘了tuple的單元素寫法;

　　class的方法名稱與函數綁定，這裡我們把函數fn綁定到方法名hello上。

　　通過type()函數創建的類和直接寫class是完全一樣的，因為Python解釋器遇到class定義時，僅僅是掃描一下class定義的語法，然後調用type()函數創建出class。

　　正常情況下，我們都用class Xxx...來定義類，但是，type()函數也允許我們動態創建出類來，也就是說，動態語言本身支持運行期動態創建類，這和靜態語言有非常大的不同，要在靜態語言運行期創建類，必須構造源代碼字符串再調用編譯器，或者借助一些工具生成字節碼實現，本質上都是動態編譯，會非常復雜。

　　metaclass

　　除了使用type()動態創建類以外，要控制類的創建行為，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實例，所以：先定義類，然後創建實例。

　　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，然後創建類。

　　連接起來就是：先定義metaclass，就可以創建類，最後創建實例。

　　所以，metaclass允許你創建類或者修改類。換句話說，你可以把類看成是metaclass創建出來的“實例”。

　　metaclass是Python面向對象裡最難理解，也是最難使用的魔術代碼。正常情況下，你不會碰到需要使用metaclass的情況，所以，以下內容看不懂也沒關系，因為基本上你不會用到。

　　我們先看一個簡單的例子，這個metaclass可以給我們自定義的MyList增加一個add方法：

　　定義ListMetaclass，按照默認習慣，metaclass的類名總是以Metaclass結尾，以便清楚地表示這是一個metaclass：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 # metaclass是創建類，所以必須從`type`類型派生： class ListMetaclass(type): def __new__(cls, name, bases, attrs): attrs['add'] = lambda self, value: self.append(value) return type.__new__(cls, name, bases, attrs)     class MyList(list): __metaclass__ = ListMetaclass # 指示使用ListMetaclass來定制類

　　當我們寫下__metaclass__ = ListMetaclass語句時，魔術就生效了，它指示Python解釋器在創建MyList時，要通過ListMetaclass.__new__()來創建，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__()方法接收到的參數依次是：

　　當前准備創建的類的對象;

　　類的名字;

　　類繼承的父類集合;

　　類的方法集合。

　　測試一下MyList是否可以調用add()方法：

　　?

1 2 3 4 >>> L = MyList() >>> L.add(1) >>> L [1]

　　而普通的list沒有add()方法：

　　?

1 2 3 4 5 >>> l = list() >>> l.add(1) 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()方法不是更簡單嗎?正常情況下，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修改類定義的。ORM就是一個典型的例子。

　　ORM全稱“Object Relational Mapping”，即對象-關系映射，就是把關系數據庫的一行映射為一個對象，也就是一個類對應一個表，這樣，寫代碼更簡單，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。

　　讓我們來嘗試編寫一個ORM框架。

　　編寫底層模塊的第一步，就是先把調用接口寫出來。比如，使用者如果使用這個ORM框架，想定義一個User類來操作對應的數據庫表User，我們期待他寫出這樣的代碼：

　　?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 class User(Model): # 定義類的屬性到列的映射： id = IntegerField('id') name = StringField('username') email = StringField('email') password = StringField('password')     # 創建一個實例： u = User(id=12345, name='Michael', email='[email protected]', password='my-pwd') # 保存到數據庫： u.save()

　　其中，父類Model和屬性類型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的編寫會比較復雜，但ORM的使用者用起來卻異常簡單。

　　現在，我們就按上面的接口來實現該ORM。

　　首先來定義Field類，它負責保存數據庫表的字段名和字段類型：

　　?

1 2 3 4 5 6