前言

最近在學習深度學習，已經(jīng)跑出了幾個模型，但Pyhton的基礎不夠扎實，因此，開始補習Python了，大家都推薦廖雪峰的課程，因此，開始了學習，但光學有沒有用，還要和大家討論一下，因此，寫下這些帖子，廖雪峰的課程連接在這里：廖雪峰
Python的相關介紹，以及它的歷史故事和運行機制，可以參見這篇：python介紹
Python的安裝可以參見這篇：Python安裝
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Python面向對象編程（4）：Pyhton面向對象（4）
Python面向對象高級編程（上）：Python面向對象高級編程（上）
Python面向對象高級編程（中上）：Python面向對象高級編程（中上）
Python面向對象高級編程（中下）：Python面向對象高級編程（中下）

目錄：

• 前言
• 使用元類：
• type()
  • metaclass
• 創(chuàng)建一個實例：
• 小結

使用元類：

type()

動態(tài)語言和靜態(tài)語言最大的不同，就是函數(shù)和類的定義，不是編譯時定義的，而是運行時動態(tài)創(chuàng)建的。
比方說我們要定義一個Hello的class，就寫一個hello.py模塊：

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(zhí)行該模塊的所有語句，執(zhí)行結果就是動態(tài)創(chuàng)建出一個Hello的class對象，測試如下：

>>> from hello import Hello >>> h = Hello() >>> h.hello() Hello, world. >>> print(type(Hello)) <class 'type'> >>> print(type(h)) <class 'hello.Hello'>

type()函數(shù)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(tài)創(chuàng)建的，而創(chuàng)建class的方法就是使用type()函數(shù)。
type()函數(shù)既可以返回一個對象的類型，又可以創(chuàng)建出新的類型，比如，我們可以通過type()函數(shù)創(chuàng)建出Hello類，而無需通過class Hello(object)…的定義：

>>> def fn(self, name='world'): # 先定義函數(shù) ... print('Hello, %s.' % name) ... >>> Hello = type('Hello', (object,), dict(hello=fn)) # 創(chuàng)建Hello class >>> h = Hello() >>> h.hello() Hello, world. >>> print(type(Hello)) <class 'type'> >>> print(type(h)) <class '__main__.Hello'> 要創(chuàng)建一個class對象，type()函數(shù)依次傳入3個參數(shù)：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(shù)綁定，這里我們把函數(shù)fn綁定到方法名hello上。

通過type()函數(shù)創(chuàng)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，然后調用type()函數(shù)創(chuàng)建出class。

正常情況下，我們都用class Xxx…來定義類，但是，type()函數(shù)也允許我們動態(tài)創(chuàng)建出類來，也就是說，動態(tài)語言本身支持運行期動態(tài)創(chuàng)建類，這和靜態(tài)語言有非常大的不同，要在靜態(tài)語言運行期創(chuàng)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(jié)碼實現(xiàn)，本質上都是動態(tài)編譯，會非常復雜。

metaclass

除了使用type()動態(tài)創(chuàng)建類以外，要控制類的創(chuàng)建行為，還可以使用metaclass。

metaclass，直譯為元類，簡單的解釋就是：

當我們定義了類以后，就可以根據(jù)這個類創(chuàng)建出實例，所以：先定義類，然后創(chuàng)建實例。

但是如果我們想創(chuàng)建出類呢？那就必須根據(jù)metaclass創(chuàng)建出類，所以：先定義metaclass，然后創(chuàng)建類。

連接起來就是：先定義metaclass，就可以創(chuàng)建類，最后創(chuàng)建實例。

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

metaclass是Python面向對象里最難理解，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：

# metaclass是類的模板，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)有了ListMetaclass，我們在定義類的時候還要指示使用ListMetaclass來定制類，傳入關鍵字參數(shù)metaclass：class MyList(list, metaclass=ListMetaclass):pass

當我們傳入關鍵字參數(shù)metaclass時，魔術就生效了，它指示Python解釋器在創(chuàng)建MyList時，要通過ListMetaclass.new()來創(chuàng)建，在此，我們可以修改類的定義，比如，加上新的方法，然后，返回修改后的定義。

__new__()方法接收到的參數(shù)依次是： 當前準備創(chuàng)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：

>>> L = MyList() >>> L.add(1) >> L [1]

而普通的list沒有add()方法：

>>> L2 = list() >>> L2.add(1) Traceback (most recent call last):File "<stdin>", line 1, in <module> AttributeError: 'list' object has no attribute 'add'

動態(tài)修改有什么意義？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(tài)。

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(shù)據(jù)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(tài)定義，因為只有使用者才能根據(jù)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(shù)據(jù)庫表User，我們期待他寫出這樣的代碼：

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(chuàng)建一個實例：

u = User(id=12345, name='Michael', email='test@orm.org', password='my-pwd') # 保存到數(shù)據(jù)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(xiàn)在，我們就按上面的接口來實現(xiàn)該ORM。

首先來定義Field類，它負責保存數(shù)據(jù)庫表的字段名和字段類型：

class Field(object):def __init__(self, name, column_type):self.name = nameself.column_type = column_typedef __str__(self):return '<%s:%s>' % (self.__class__.__name__, self.name)

在Field的基礎上，進一步定義各種類型的Field，比如StringField，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(IntegerField, self).__init__(name, 'bigint')

下一步，就是編寫最復雜的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):print('Found mapping: %s ==> %s' % (k, v))mappings[k] = vfor k in mappings.keys():attrs.pop(k)attrs['__mappings__'] = mappings # 保存屬性和列的映射關系attrs['__table__'] = name # 假設表名和類名一致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] = valuedef 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))

當用戶定義一個class User(Model)時，Python解釋器首先在當前類User的定義中查找metaclass，如果沒有找到，就繼續(xù)在父類Model中查找metaclass，找到了，就使用Model中定義的metaclass的ModelMetaclass來創(chuàng)建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）中查找定義的類的所有屬性，如果找到一個Field屬性，就把它保存到一個__mappings__的dict中，同時從類屬性中刪除該Field屬性，否則，容易造成運行時錯誤（實例的屬性會遮蓋類的同名屬性）；把表名保存到__table__中，這里簡化為表名默認為類名。

在Model類中，就可以定義各種操作數(shù)據(jù)庫的方法，比如save()，delete()，find()，update等等。

我們實現(xiàn)了save()方法，把一個實例保存到數(shù)據(jù)庫中。因為有表名，屬性到字段的映射和屬性值的集合，就可以構造出INSERT語句。

編寫代碼試試：

u = User(id=12345, name='Michael', email='test@orm.org', 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,id) values (?,?,?,?) ARGS: ['my-pwd', 'test@orm.org', 'Michael', 12345]

可以看到，save()方法已經(jīng)打印出了可執(zhí)行的SQL語句，以及參數(shù)列表，只需要真正連接到數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行該SQL語句，就可以完成真正的功能。

不到100行代碼，我們就通過metaclass實現(xiàn)了一個精簡的ORM框架，是不是非常簡單？

小結

metaclass是Python中非常具有魔術性的對象，它可以改變類創(chuàng)建時的行為。這種強大的功能使用起來務必小心。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Python学习笔记：面向对象高级编程（完）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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