python3 metaclass--创建类的过程分析

xuewen1696 2018-06-27 15:54:20 2251 收藏 3

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之前学python的时候就看见过metaclass的文章，没看懂，那篇博客后面说到，metaclass是python的黑魔法99% 不会用到。于是果断放弃。

不过最近看flask-WTForm组建的源码，一开始就是metaclass。没办法，硬着头皮重新看metaclass。基本了解，现在总结如下：

一、metaclass干嘛的？

metaclass是指定类由谁创建。能够定制类的创建过程

指定类由谁创建的？？？开什么玩笑，类不是由'我'创建的吗？？？？

python中一切皆对象，类也是对象，类是由type类创建。

我们写下如下代码时：

class Foo(object):

pass

实际上，解释器将其解释为：

Foo = type('Foo', (object,), {})

type()的三个参数：'Foo':类名； (object, ): 类的继承关系，用元组表示； {}： 类的字段，方法。

以上是类的默认创建方法。由type创建。python也给我们提供了自定义类的创建的方法，即metaclass。type也是类，它可以创建类，因此我们叫它元类，不要过分纠结这是什么鬼，知道type类可以创建类就行。

自定义类的创建过程，那就得写一个像type一样可以创建类的类，那简单，继承就可以办到。

方式一：

class MyType(type):

def __new__(cls, *args, **kwargs):

print('MyType __new__')

return super().__new__(cls, *args, **kwargs)

def __init__(cls, *args, **kwargs):

print('MyTpye __init__')

super().__init__(*args, **kwargs)

def __call__(cls, *args, **kwargs):

print('MyTpye __call__')

super().__call__(cls, *args, **kwargs)

class Foo(metaclass=MyType):

pass

这样，解释器解释到class Foo(...)的时候，就会转换为：

Foo = MyType('Foo', (object,), {})

方式二：

class MyType(type):

def __new__(cls, *args, **kwargs):

print('MyType __new__')

return super().__new__(cls, *args, **kwargs)

def __init__(cls, *args, **kwargs):

print('MyTpye __init__')

super().__init__(*args, **kwargs)

def __call__(cls, *args, **kwargs):

print('MyTpye __call__')

super().__call__(cls, *args, **kwargs)

def with_meta(meta, Base):

return meta('Foo', (Base, ), {})

class Foo(with_meta(MyType, object)):

pass

这样解释的时候，与方式一的一样。

二、创建类与类实例化时执行过程是怎样的？

解释器解释到class的定义语句时，会先在class中寻找是否指定自定义的'MyType', 没有再往父类找是否指定，没有再在本模块中找，是否本模块指定了统一的'MyType'， 若均没有，则用默认的type创建。

解释到class Foo(...)时，会调用'MyType'的__new__, __init__方法。生成类。

解释到f = Foo() ,类的实例化时,会调用'MyType'的__call__方法，而'type'的__call__方法又会去调用Foo的__new__, __init__实例化类对象。

下面用一个实际的例子来说明元类的使用方法

三、ORM的元类实例：

#ORM:object relational mapping 对象-关系映射

#把关系数据库的一行映射为一个对象，也就是一个类对应一个表

#ORM框架所有的类只能动态定义

# 定义Field(定义域：元类遇到Field的方法或属性时即进行修改)

class Field(object):

def __init__(self, name, column_type): # column==>列类型

self.name = name

self.column_type = column_type

# 当用print打印输出的时候，python会调用他的str方法

# 在这里是输出

# 在ModelMetaclass中会用到

def __str__(self):

return "" % (self.__class__.__name__, self. name) # __class__获取对象的类，__name__取得类名

# 进一步定义各种类型的Field

class StringField(Field):

def __init__(self, name):

# super(type[, object-or-type]) 返回type的父类对象

# super().__init()的作用是调用父类的init函数

# varchar(100)和bigint都是sql中的一些数据类型

super(StringField, self).__init__(name, "varchar(100)")

class IntegerField(Field):

def __init__(self, name):

super(IntegerField, self).__init__(name, "bigint")

# 编写ModelMetaclass

class ModelMetaclass(type):

# __new__方法接受的参数依次是：

# 1.当前准备创建的类的对象(cls)

# 2.类的名字(name)

# 3.类继承的父类集合(bases)

# 4.类的方法集合(attrs)

def __new__(cls, name, bases, attrs):

# 如果说新创建的类的名字是Model，那直接返回不做修改

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 mappings:%s ==> %s" % (k, v)) # 找到映射， 这里用到上面的__str__

mappings[k] = v

# 结合之前，即把之前在方法集合中的零散的映射删除，

# 把它们从方法集合中挑出，组成一个大方法__mappings__

# 把__mappings__添加到方法集合attrs中

for k in mappings.keys():

attrs.pop(k)

attrs["__mappings__"] = mappings

attrs["__table__"] = name # 添加表名，假设表名与类名一致

return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

# 编写Model基类继承自dict中，这样可以使用一些的方法

class Model(dict, metaclass=ModelMetaclass):

def __init__(self, **kw):

# 调用父类，即dict的初始化方法

super(Model, self).__init__(**kw)

# 让获取key的值不仅仅可以d[k]，也可以d.k

def __getattr__(self, key):

try:

return self[key]

except KeyError:

raise AttributeError(r"'Model' object has no attribute '%s'" % key)

# 允许动态设置key的值，不仅仅可以d[k]，也可以d.k

def __setattr__(self, key, value):

self[key] = value

def save(self):

fields = []

params = []

args = []

# 在所有映射中迭代

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))

# 这样一个简单的ORM就写完了# 下面实际操作一下，先定义个User类来对应数据库的表Userclass User(Model): # 定义类的属性到列的映射 id = IntegerField("id") name = StringField("username") email = StringField("email") password = StringField("password")# 创建一个实例u = User(id=12345, name="ReedSun", email="sunhongzhao@foxmail.com", password="nicaicai")u.save()

上面的代码按功能可以分为三部分：

1. 定义属性

class Field(object):

pass

# 进一步定义各种类型的Field

class StringField(Field):

pass

class IntegerField(Field):

pass

2.  操作属性:

# 编写ModelMetaclass

class ModelMetaclass(type):

def __new__(cls, name, bases, attrs):

pass

# 编写Model基类继承自dict中，这样可以使用一些的方法

class Model(dict, metaclass=ModelMetaclass):

def __init__(self, **kw):

# 调用父类，即dict的初始化方法

super(Model, self).__init__(**kw)

# 让获取key的值不仅仅可以d[k]，也可以d.k

def __getattr__(self, key):

pass

# 允许动态设置key的值，不仅仅可以d[k]，也可以d.k

def __setattr__(self, key, value):

self[key] = value

def save(self):

pass

# 下面实际操作一下，先定义个User类来对应数据库的表User

class User(Model):

# 定义类的属性到列的映射

id = IntegerField("id")

name = StringField("username")

email = StringField("email")

password = StringField("password")

3. 统管属性：

u = User(id=12345, name="ReedSun", email="sunhongzhao@foxmail.com", password="nicaicai")

u.save()

代码执行流程：

解释器执行到 class Model 时，知道其指定了由 ModelMetaclass创建。因此，解释(不是执行)完类内定义的方法后，跳进 ModelMetaclass 的 __new__(cls, name, base, attrs), ModelMetaclass 没有__init__,执行type的__init__。(由于是生成Model， __new__(cls, name, base, attrs)中的clc为Model)  至此Model类正式创建完毕。

解释器执行到class User 时，与上面一样， 解释完类内定义的 id, name, email , password 字段后(这些字段均为...Field对象),跳进ModelMetaclass 的 __new__(cls, name, base, attrs)，此时 cls 为 User, name 为 'User',  base 为 Model, attrs 为类似{'id': IntegerField("id"), 'name':StringField("username"),.........}的字典。

建议最好自己设置断点，调式执行看看，就会明白执行流程是怎么样的。

四、定制类生成的好处：

当然是非常多的，最容易理解的，单例模式便可以用 metaclass来实现。其他的好处，如ORM，我还说不上来，等弄清楚再补充。

参考与推荐博文：

https://blog.csdn.net/weixin_35955795/article/details/52985170

http://blog.jobbole.com/21351/

https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/0014319106919344c4ef8b1e04c48778bb45796e0335839000

https://www.cnblogs.com/xybaby/p/7927407.html

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