零基础学Python：使用type、metaclass动态创建方法和属性的详细用法
1.type()
我們知道動(dòng)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(shí)定義的，而是運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的。
比方說我們要定義一個(gè)Person的class：
class Person(object):def name(self, name='Kaven'):print('My name is: %s.' % name)p = Person() p.name() print(type(Person)) print(type(p))輸出：
My name is: Kaven.<class 'type'><class '__main__.Person'>我們說class的定義是運(yùn)行時(shí)動(dòng)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(gè)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Person類，而無需通過class Person(object)的定義：
''' 學(xué)習(xí)中遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個(gè)Python學(xué)習(xí)交流QQ群：531509025 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯(cuò)的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' def func(self, name='Kaven'): # 自定義函數(shù)print('My name is: %s.' % name)Person = type('Person', (object,), dict(name=func)) # 創(chuàng)建Person classh = Person() h.name() print('type(Person) =', type(Person)) print('type(h) =', type(h))輸出：
My name is: Kaven.type(Person) = <class 'type'>type(h) = <class '__main__.Person'>要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)class對象，type()函數(shù)依次傳入3個(gè)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(gè)父類，使用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)func綁定到方法名name上。
通過type()函數(shù)創(chuàng)建的類和直接寫class是完全一樣的，因?yàn)镻ython解釋器遇到class定義時(shí)，僅僅是掃描一下class定義的語法，然后調(diào)用type()函數(shù)創(chuàng)建出class。
正常情況下，我們都用class X 來定義類，但是，type()函數(shù)也允許我們動(dòng)態(tài)創(chuàng)建出類來，也就是說，動(dòng)態(tài)語言本身支持運(yùn)行期動(dòng)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(yùn)行期創(chuàng)建類，必須構(gòu)造源代碼字符串再調(diào)用編譯器，或者借助一些工具生成字節(jié)碼實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)上都是動(dòng)態(tài)編譯，會(huì)非常復(fù)雜。
2.metaclass
除了使用type()動(dòng)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，我們這樣理解就是：
當(dāng)我們定義了類以后，就可以根據(jù)這個(gè)類創(chuàng)建出實(shí)例，所以：先定義類，然后創(chuàng)建實(shí)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。最后創(chuàng)建實(shí)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(shí)例”。
正常情況下，我們不會(huì)碰到需要使用metaclass的情況，所以，以下內(nèi)容我盡我所理解的描述清楚，因?yàn)榛旧洗蠹铱赡懿粫?huì)用到。
我們先看一個(gè)簡單的例子，這個(gè)metaclass可以給我們自定義的MyFriend增加一個(gè)add方法：
定義FriendMetaclass，按照默認(rèn)習(xí)慣，metaclass的類名總是以Metaclass結(jié)尾，以便清楚地表示這是一個(gè)metaclass：
# metaclass是創(chuàng)建類，所以必須從`type`類型派生： class FriendMetaclass(type):def __new__(newcls, name, bases, attrs):attrs['add'] = lambda self, value: self.append(value)return type.__new__(newcls, name, bases, attrs)定義了FriendMetaclass，我們在定義類的時(shí)候還要指示使用FriendMetaclass來定制類，傳入關(guān)鍵字參數(shù)metaclass：
# 指示使用FriendMetaclass來定制類 class MyFriend(list, metaclass=FriendMetaclass):pass當(dāng)我們傳入關(guān)鍵字參數(shù)metaclass時(shí)，魔術(shù)就生效了，它指示Python解釋器在創(chuàng)建MyFriend時(shí)，要通過FriendMetaclass.__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(dāng)前準(zhǔn)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。
完整代碼如下：
# metaclass是創(chuàng)建類，所以必須從`type`類型派生： class FriendMetaclass(type):def __new__(newcls, name, bases, attrs):attrs['add'] = lambda self, value: self.append(value)return type.__new__(newcls, name, bases, attrs) ''' 學(xué)習(xí)中遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個(gè)Python學(xué)習(xí)交流QQ群：531509025 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯(cuò)的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ '''# 指示使用FriendMetaclass來定制類 class MyFriend(list, metaclass=FriendMetaclass):passL = MyFriend() L.add('喬峰') L.add('慕容復(fù)') L.add('鳩摩智') L.add('玄燈大師') print(L) # ['喬峰', '慕容復(fù)', '鳩摩智', '玄燈大師']動(dòng)態(tài)修改有什么意義呢？直接在MyFriend定義中寫上add()方法不是更簡單嗎？正常情況下，確實(shí)應(yīng)該直接寫，通過metaclass修改純屬裝逼。
但是，總會(huì)遇到需要通過metaclass修改類定義的場景。ORM就是一個(gè)典型的例子。
我們知道ORM即對象-關(guān)系映射，就是把關(guān)系數(shù)據(jù)庫的一行映射為一個(gè)對象，也就是一個(gè)類對應(yīng)一個(gè)表，這樣，寫代碼更簡單，不用直接操作SQL語句。
要編寫一個(gè)ORM框架，所有的類都只能動(dòng)態(tài)定義，因?yàn)橹挥惺褂谜卟拍芨鶕?jù)表的結(jié)構(gòu)定義出對應(yīng)的類來。
讓我們來嘗試編寫一個(gè)ORM框架。
編寫底層模塊的第一步，就是先把調(diào)用接口寫出來。比如，使用者如果使用這個(gè)ORM框架，想定義一個(gè)User類來操作對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表User，比如我們期待他寫出這樣的代碼：
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(shù)方法比如save()全部由metaclass自動(dòng)完成。雖然metaclass的編寫會(huì)比較復(fù)雜，但ORM的使用者用起來卻非常簡單。
現(xiàn)在，我們就按上面的接口來實(shí)現(xiàn)該ORM。
首先來定義Field類，它負(fù)責(zé)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(chǔ)上，進(jìn)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(20)')class IntegerField(Field):def __init__(self, name):super(IntegerField, self).__init__(name, 'bigint')下一步，就是編寫最復(fù)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(guān)系attrs['__table__'] = name # 假設(shè)表名和類名一致return type.__new__(cls, name, bases, attrs)還有基類Model：
''' 學(xué)習(xí)中遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個(gè)Python學(xué)習(xí)交流QQ群：531509025 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯(cuò)的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' 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(dāng)用戶定義一個(gè)class User(Model)時(shí)，Python解釋器首先在當(dāng)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，
如果找到了，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，一共做了這幾件事情：
-
排除掉對Model類的修改。
-
在當(dāng)前類（比如User）中查找定義的類的所有屬性，如果找到一個(gè)Field屬性，就把它保存到一個(gè)__mappings__的dict中，同時(shí)從類屬性中刪除該Field屬性，否則，容易造成運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤（實(shí)例的屬性會(huì)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(rèn)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(shí)現(xiàn)了save()方法，把一個(gè)實(shí)例保存到數(shù)據(jù)庫中。因?yàn)橛斜砻?#xff0c;屬性到字段的映射和屬性值的集合，就可以構(gòu)造出INSERT語句。
完整代碼如下：
''' 學(xué)習(xí)中遇到問題沒人解答？小編創(chuàng)建了一個(gè)Python學(xué)習(xí)交流QQ群：531509025 尋找有志同道合的小伙伴，互幫互助,群里還有不錯(cuò)的視頻學(xué)習(xí)教程和PDF電子書！ ''' ' 簡單 ORM 使用 metaclass 示例 '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)class StringField(Field):def __init__(self, name):super(StringField, self).__init__(name, 'varchar(20)')class IntegerField(Field):def __init__(self, name):super(IntegerField, self).__init__(name, 'bigint')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(guān)系attrs['__table__'] = name # 假設(shè)表名和類名一致return type.__new__(cls, name, bases, attrs)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))# testing code:class User(Model):id = IntegerField('id')name = StringField('username')email = StringField('email')password = StringField('password')u = User(id=1, name='loose', email='qq@qq.com', password='123456') u.save()輸出：
Found model: User Found mapping: id ==> <IntegerField:id> Found mapping: name ==> <StringField:username> Found mapping: email ==> <StringField:email> Found mapping: password ==> <StringField:password> SQL: insert into User (id,username,email,password) values (?,?,?,?) ARGS: [1, 'loose', 'qq@qq.com', '123456']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。
以上只是簡單的編寫ORM示例，實(shí)際應(yīng)用會(huì)更復(fù)雜。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的零基础学Python：使用type、metaclass动态创建方法和属性的详细用法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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