什么是元編程

軟件開發(fā)中很重要的一條原則就是“不要重復(fù)自己的工作（Don’t repeat youself）”，也就是說當(dāng)我們需要復(fù)制粘貼代碼時候，通常都需要尋找一個更加優(yōu)雅的解決方案，在python中，這類問題常常會歸類為“元編程”

元編程目的

是創(chuàng)建函數(shù)和類，并用他們操作代碼（例如修改，生成，或者包裝自己已有的代碼）。盡可能的使代碼優(yōu)雅簡潔。具體而言，通過編程的方法，在更高的抽象層次上對一種層次的抽象的特性進(jìn)行修改

元編程應(yīng)用

給函數(shù)添加一個包裝（裝飾器）

注意：對wraps裝飾器的使用進(jìn)行補(bǔ)充說明，在類裝飾器中使用閉包會導(dǎo)致生成的對象不再是被裝飾的類的實例，而是在裝飾器函數(shù)創(chuàng)建的子類的實例，這會影響__name__和__doc__等屬性，在上篇我們使用@wraps裝飾器對函數(shù)裝飾器進(jìn)行操作讓問題得到解決，但在類裝飾器中這一方法無效。

元類

在理解元類之前，您需要掌握Python中的類。Python對于從Smalltalk語言借用的類是非常奇怪的。在大多數(shù)語言中，類只是描述如何生成對象的代碼片段。在Python中也是如此：

>>> class ObjectCreator(object): ... pass ...>>> my_object = ObjectCreator() >>> print(my_object) <__main__.ObjectCreator object at 0x8974f2c>

一旦使用關(guān)鍵字class，Python就會執(zhí)行它并創(chuàng)建一個OBJECT。指示

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在內(nèi)存中創(chuàng)建一個名為“ObjectCreator”的對象。這個對象（類）本身能夠創(chuàng)建對象（實例），這就是為什么它是一個類。但是，它仍然是一個對象，因此：

• 您可以將其分配給變量
• 你可以復(fù)制它
• 你可以添加屬性
• 您可以將其作為函數(shù)參數(shù)傳遞

例如：

>>> print(ObjectCreator) # you can print a class because it's an object <class '__main__.ObjectCreator'> >>> def echo(o): ... print(o) ... >>> echo(ObjectCreator) # you can pass a class as a parameter <class '__main__.ObjectCreator'> >>> print(hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')) False >>> ObjectCreator.new_attribute = 'foo' # you can add attributes to a class >>> print(hasattr(ObjectCreator, 'new_attribute')) True >>> print(ObjectCreator.new_attribute) foo >>> ObjectCreatorMirror = ObjectCreator # you can assign a class to a variable >>> print(ObjectCreatorMirror.new_attribute) foo >>> print(ObjectCreatorMirror()) <__main__.ObjectCreator object at 0x8997b4c>

動態(tài)創(chuàng)建類

由于類是對象，因此您可以像任何對象一樣動態(tài)創(chuàng)建它們。首先，您可以使用class以下命令在函數(shù)中創(chuàng)建類：

''' 遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個Python學(xué)習(xí)交流QQ群：579817333 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' >>> def choose_class(name): ... if name == 'foo': ... class Foo(object): ... pass ... return Foo # return the class, not an instance ... else: ... class Bar(object): ... pass ... return Bar ... >>> MyClass = choose_class('foo') >>> print(MyClass) # the function returns a class, not an instance <class '__main__.Foo'> >>> print(MyClass()) # you can create an object from this class <__main__.Foo object at 0x89c6d4c>

但它還不是我們想要的，創(chuàng)建類應(yīng)該有更優(yōu)的方法，由于類是對象，因此它們必須由某些東西生成。

使用class關(guān)鍵字時，Python會自動創(chuàng)建此對象。但與Python中的大多數(shù)內(nèi)容一樣，它為您提供了手動執(zhí)行此操作的方法。我們可用通過type函數(shù)查看對象的類型：

>>> print(type(1)) <type 'int'> >>> print(type("1")) <type 'str'> >>> print(type(ObjectCreator)) <type 'type'> >>> print(type(ObjectCreator())) <class '__main__.ObjectCreator'>

type除了可以查看數(shù)據(jù)類型外,還有一個特殊的能力，它也可以動態(tài)創(chuàng)建類。type可以將類的描述作為參數(shù)，并返回一個類。查看type內(nèi)部原理：

type(name of the class,tuple of the parent class (for inheritance, can be empty),dictionary containing attributes names and values)

例如：

>>> class MyShinyClass(object): ... pass

可以通過以下方式手動創(chuàng)建：

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type接受字典來定義類的屬性。所以：

>>> class Foo(object): ... bar = True

可以翻譯成：

>>> Foo = type('Foo', (), {'bar':True})

并用作普通類：

>>> print(Foo) <class '__main__.Foo'> >>> print(Foo.bar) True >>> f = Foo() >>> print(f) <__main__.Foo object at 0x8a9b84c> >>> print(f.bar) True　

當(dāng)然，你可以繼承它，所以：

''' 遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個Python學(xué)習(xí)交流QQ群：579817333 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' >>> class FooChild(Foo): ... pass

會解釋成：

>>> FooChild = type('FooChild', (Foo,), {}) >>> print(FooChild) <class '__main__.FooChild'> >>> print(FooChild.bar) # bar is inherited from Foo True　　

最后，如果想要為我們創(chuàng)建的類添加方法，只需使用正確的簽名定義函數(shù)并將其指定為屬性即可。

會解釋成：

>>> def echo_bar(self): ... print(self.bar) ... >>> FooChild = type('FooChild', (Foo,), {'echo_bar': echo_bar}) >>> hasattr(Foo, 'echo_bar') False >>> hasattr(FooChild, 'echo_bar') True >>> my_foo = FooChild() >>> my_foo.echo_bar() True

在動態(tài)創(chuàng)建類之后，您可以添加更多方法，就像向正常創(chuàng)建的類對象添加方法一樣。

''' 遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個Python學(xué)習(xí)交流QQ群：579817333 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' >>> def echo_bar_more(self): ... print('yet another method') ... >>> FooChild.echo_bar_more = echo_bar_more >>> hasattr(FooChild, 'echo_bar_more') True

在Python中，類是對象，您可以動態(tài)地動態(tài)創(chuàng)建類。這是Python在您使用關(guān)鍵字時所執(zhí)行的操作class，它通過使用元類來實現(xiàn)。

什么是元類（終于講到重點了）

元類是創(chuàng)建類的“類”。我們可以定義類來創(chuàng)建實例，python一切皆對象，類也不列外，它是通過元類來創(chuàng)建。類是創(chuàng)建實例的藍(lán)圖，元類是創(chuàng)建類的藍(lán)圖。可以很容易地看出，Python類中也需要是第一類對象才能啟用此行為。

例如：

MyClass = MetaClass() my_object = MyClass()

通過type來創(chuàng)建：

MyClass = type('MyClass', (), {})

這是因為該函數(shù)type實際上是一個元類。type是Python用于在幕后創(chuàng)建所有類的元類。

為什么是小寫type而不是大學(xué)Type？

type與str創(chuàng)建字符串對象int的類創(chuàng)建整數(shù)對象的類類似，它也只是創(chuàng)建類對象的類。我們通過檢查__class__屬性來查看。

一切，一切，一切重要的事情說三遍，都是Python中的一個對象。這包括整數(shù)，字符串，函數(shù)和類。所有這些都是對象。所有這些都是從一個類創(chuàng)建的：

>>> age = 35 >>> age.__class__ <type 'int'> >>> name = 'bob' >>> name.__class__ <type 'str'> >>> def foo(): pass >>> foo.__class__ <type 'function'> >>> class Bar(object): pass >>> b = Bar() >>> b.__class__ <class '__main__.Bar'>

那么__class__的__class__？

''' 遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個Python學(xué)習(xí)交流QQ群：579817333 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' >>> age.__class__.__class__ <type 'type'> >>> name.__class__.__class__ <type 'type'> >>> foo.__class__.__class__ <type 'type'> >>> b.__class__.__class__ <type 'type'>

因此，元類只是創(chuàng)建類對象的東西。我們也稱它為類工廠

type 是Python使用的內(nèi)置元類，我們也可以創(chuàng)建自己的元類。

__mataClass__屬性

在Python 2中，我們在編寫類時添加屬性：

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

如果引用__mataClass__屬性，python將使用元類類創(chuàng)建Foo，但是這樣class Foo(object)，類對象Foo并不是在內(nèi)存中創(chuàng)建的

Python將會在父類中查找__metaclass__，如果沒有，就繼續(xù)向父類的父類查找，如果還是沒有，就在模塊中找，還是沒有的話就用缺省的MetaClass即type創(chuàng)建類。

當(dāng)你這樣做時：

class Foo(Bar):pass

Python會執(zhí)行以下操作：

如果有__metaclass__屬性，將會在內(nèi)存中創(chuàng)建一個類對象，名稱Foo使用是__metaclass__。如果Python找不到__metaclass__，它將__metaclass__在MODULE級別查找，并嘗試執(zhí)行相同的操作（但僅適用于不繼承任何內(nèi)容的類，基本上是舊式類）。

如果還是找不到__metaclass__，它將使用Bar’s（第一個父級）自己的元類（可能是默認(rèn)的type）來創(chuàng)建類對象。

Python中的元類3

在Python 3中更改了設(shè)置元類的語法：

class Foo(object, metaclass=something):...

即__metaclass__不再使用該屬性，而是支持基類列表中的關(guān)鍵字參數(shù)。但是并不會影響元類的功能。

python3中我們可以將屬性作為關(guān)鍵字參數(shù)傳遞給元類，如下所示：

class Foo(object, metaclass=something, kwarg1=value1, kwarg2=value2):...

自定義元類

一個類沒有聲明自己的元類，默認(rèn)他的元類就是type,除了使用元類type，用戶也可以通過繼承type來自定義元類

自定義元類的主要目的是：

• 攔截類的創(chuàng)建
• 讀取類的信息，可以做修改
• 返回新的類

通過傳入不同的字符串動態(tài)的創(chuàng)建不同的類

def create_class(name):if name == 'user':class User:def __str__(self):return "user"return Userelif name == "company":class Company:def __str__(self):return "company"return Companyif __name__ == '__main__':Myclass = create_class("user")my_obj = Myclass()print(my_obj) #userprint(type(my_obj)) #<class '__main__.create_class.<locals>.User'>

用type創(chuàng)建

''' 遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個Python學(xué)習(xí)交流QQ群：579817333 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' # 一個簡單type創(chuàng)建類的例子 #type(object_or_name, bases, dict) #type里面有三個參數(shù)，第一個類名，第二個基類名，第三個是屬性 User = type("User",(),{"name":"derek"})my_obj = User() print(my_obj.name) #derek#帶方法的創(chuàng)建<br><br>def say(self): #必須加selfreturn "i am derek"User = type("User",(),{"name":"derek","say":say})my_obj = User() print(my_obj.name) #derek print(my_obj.say()) #i am derek

讓type創(chuàng)建的類繼承一個基類

def say(self): #必須加selfreturn "i am derek"class BaseClass:def answer(self):return "i am baseclass"#type里面有三個參數(shù)，第一個類名，第二個基類名，第三個是屬性 User = type("User",(BaseClass,),{"name":"derek","say":say})if __name__ == '__main__':my_obj = User()print(my_obj.name) #d erekprint(my_obj.say()) # i am derekprint(my_obj.answer()) # i am baseclass

但是在實際編碼中，我們一般不直接用type去創(chuàng)建類，而是用元類的寫法，自定義一個元類metaclass去創(chuàng)建

''' 遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個Python學(xué)習(xí)交流QQ群：579817333 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' # 把User類創(chuàng)建的過程委托給元類去做，這樣代碼的分離性比較好class MetaClass(type):def __new__(cls, *args, **kwargs):return super().__new__(cls,*args, **kwargs)class User(metaclass=MetaClass):def __init__(self,name):self.name = namedef __str__(self):return "test"if __name__ == '__main__':#python中類的實例化過程，會首先尋找metaclass，通過metaclass去創(chuàng)建User類my_obj = User(name="derek")print(my_obj) #test

還有一個典型的自定義元類例子就是Django ORM。
元類的主要用例是創(chuàng)建API。

它允許您定義如下內(nèi)容：

class Person(models.Model):name = models.CharField(max_length=30)age = models.IntegerField()

但是如果你這樣做：

guy = Person(name='bob', age='35') print(guy.age)

它不會返回一個IntegerField對象。它將返回一個int，甚至可以直接從數(shù)據(jù)庫中獲取它。

因為models.Model定義__metaclass__它會使用一些魔法將Person您剛剛使用簡單語句定義的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫字段的復(fù)雜sql。

Django通過公開一個簡單的API并使用元類，從這個API中重新創(chuàng)建代碼來完成幕后的實際工作，從而使復(fù)雜的外觀變得簡單。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python元编程详解的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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