前言

最近在學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)，已經(jīng)跑出了幾個(gè)模型，但Pyhton的基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，因此，開(kāi)始補(bǔ)習(xí)Python了，大家都推薦廖雪峰的課程，因此，開(kāi)始了學(xué)習(xí)，但光學(xué)有沒(méi)有用，還要和大家討論一下，因此，寫(xiě)下這些帖子，廖雪峰的課程連接在這里：廖雪峰
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Python面向?qū)ο蟾呒?jí)編程（中下）：Python面向?qū)ο蟾呒?jí)編程（中下）

目錄：

• 前言
• 使用元類(lèi)：
• type()
  • metaclass
• 創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例：
• 小結(jié)

使用元類(lèi)：

type()

動(dòng)態(tài)語(yǔ)言和靜態(tài)語(yǔ)言最大的不同，就是函數(shù)和類(lèi)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(shuō)我們要定義一個(gè)Hello的class，就寫(xiě)一個(gè)hello.py模塊：

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

當(dāng)Python解釋器載入hello模塊時(shí)，就會(huì)依次執(zhí)行該模塊的所有語(yǔ)句，執(zhí)行結(jié)果就是動(dòng)態(tài)創(chuàng)建出一個(gè)Hello的class對(duì)象，測(cè)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(gè)類(lèi)型或變量的類(lèi)型，Hello是一個(gè)class，它的類(lèi)型就是type，而h是一個(gè)實(shí)例，它的類(lèi)型就是class Hello。
我們說(shuō)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(duì)象的類(lèi)型，又可以創(chuàng)建出新的類(lèi)型，比如，我們可以通過(guò)type()函數(shù)創(chuàng)建出Hello類(lèi)，而無(wú)需通過(guò)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?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)class對(duì)象，type()函數(shù)依次傳入3個(gè)參數(shù)：class的名稱(chēng)；繼承的父類(lèi)集合，注意Python支持多重繼承，如果只有一個(gè)父類(lèi)，別忘了tuple的單元素寫(xiě)法；class的方法名稱(chēng)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(guò)type()函數(shù)創(chuàng)建的類(lèi)和直接寫(xiě)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(yǔ)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 Xxx…來(lái)定義類(lèi)，但是，type()函數(shù)也允許我們動(dòng)態(tài)創(chuàng)建出類(lèi)來(lái)，也就是說(shuō)，動(dòng)態(tài)語(yǔ)言本身支持運(yùn)行期動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類(lèi)，這和靜態(tài)語(yǔ)言有非常大的不同，要在靜態(tài)語(yǔ)言運(yùn)行期創(chuàng)建類(lèi)，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。

metaclass

除了使用type()動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類(lèi)以外，要控制類(lèi)的創(chuàng)建行為，還可以使用metaclass。

metaclass，直譯為元類(lèi)，簡(jiǎn)單的解釋就是：

當(dāng)我們定義了類(lèi)以后，就可以根據(jù)這個(gè)類(lèi)創(chuàng)建出實(shí)例，所以：先定義類(lèi)，然后創(chuàng)建實(shí)例。

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

連接起來(lái)就是：先定義metaclass，就可以創(chuàng)建類(lèi)，最后創(chuàng)建實(shí)例。

所以，metaclass允許你創(chuàng)建類(lèi)或者修改類(lèi)。換句話說(shuō)，你可以把類(lèi)看成是metaclass創(chuàng)建出來(lái)的“實(shí)例”。

metaclass是Python面向?qū)ο罄镒铍y理解，也是最難使用的魔術(shù)代碼。正常情況下，你不會(huì)碰到需要使用metaclass的情況，所以，以下內(nèi)容看不懂也沒(méi)關(guān)系，因?yàn)榛旧夏悴粫?huì)用到。

我們先看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，這個(gè)metaclass可以給我們自定義的MyList增加一個(gè)add方法：

定義ListMetaclass，按照默認(rèn)習(xí)慣，metaclass的類(lèi)名總是以Metaclass結(jié)尾，以便清楚地表示這是一個(gè)metaclass：

# metaclass是類(lèi)的模板，所以必須從`type`類(lèi)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?cè)诙x類(lèi)的時(shí)候還要指示使用ListMetaclass來(lái)定制類(lèi)，傳入關(guān)鍵字參數(shù)metaclass：class MyList(list, metaclass=ListMetaclass):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MyList時(shí)，要通過(guò)ListMetaclass.new()來(lái)創(chuàng)建，在此，我們可以修改類(lèi)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(lèi)的對(duì)象； 類(lèi)的名字； 類(lèi)繼承的父類(lèi)集合； 類(lèi)的方法集合。

測(cè)試一下MyList是否可以調(diào)用add()方法：

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

而普通的list沒(méi)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(dòng)態(tài)修改有什么意義？直接在MyList定義中寫(xiě)上add()方法不是更簡(jiǎn)單嗎？正常情況下，確實(shí)應(yīng)該直接寫(xiě)，通過(guò)metaclass修改純屬變態(tài)。

但是，總會(huì)遇到需要通過(guò)metaclass修改類(lèi)定義的。ORM就是一個(gè)典型的例子。

ORM全稱(chēng)“Object Relational Mapping”，即對(duì)象-關(guān)系映射，就是把關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的一行映射為一個(gè)對(duì)象，也就是一個(gè)類(lèi)對(duì)應(yīng)一個(gè)表，這樣，寫(xiě)代碼更簡(jiǎn)單，不用直接操作SQL語(yǔ)句。

要編寫(xiě)一個(gè)ORM框架，所有的類(lèi)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(duì)應(yīng)的類(lèi)來(lái)。

讓我們來(lái)嘗試編寫(xiě)一個(gè)ORM框架。

編寫(xiě)底層模塊的第一步，就是先把調(diào)用接口寫(xiě)出來(lái)。比如，使用者如果使用這個(gè)ORM框架，想定義一個(gè)User類(lèi)來(lái)操作對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表User，我們期待他寫(xiě)出這樣的代碼：

class User(Model):# 定義類(lèi)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(gè)實(shí)例：

u = User(id=12345, name='Michael', email='test@orm.org', password='my-pwd') # 保存到數(shù)據(jù)庫(kù)： u.save()

其中，父類(lèi)Model和屬性類(lèi)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(xiě)會(huì)比較復(fù)雜，但ORM的使用者用起來(lái)卻異常簡(jiǎn)單。

現(xiàn)在，我們就按上面的接口來(lái)實(shí)現(xiàn)該ORM。

首先來(lái)定義Field類(lèi)，它負(fù)責(zé)保存數(shù)據(jù)庫(kù)表的字段名和字段類(lèi)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(lèi)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(xiě)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(lèi)名一致return type.__new__(cls, name, bases, attrs)

以及基類(lèi)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(dāng)用戶(hù)定義一個(gè)class User(Model)時(shí)，Python解釋器首先在當(dāng)前類(lèi)User的定義中查找metaclass，如果沒(méi)有找到，就繼續(xù)在父類(lèi)Model中查找metaclass，找到了，就使用Model中定義的metaclass的ModelMetaclass來(lái)創(chuàng)建User類(lèi)，也就是說(shuō)，metaclass可以隱式地繼承到子類(lèi)，但子類(lèi)自己卻感覺(jué)不到。

在ModelMetaclass中，一共做了幾件事情：

排除掉對(duì)Model類(lèi)的修改；在當(dāng)前類(lèi)（比如User）中查找定義的類(lèi)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(lèi)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(lèi)的同名屬性）；把表名保存到__table__中，這里簡(jiǎn)化為表名默認(rèn)為類(lèi)名。

在Model類(lèi)中，就可以定義各種操作數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)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(yǔ)句。

編寫(xiě)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(yǔ)句，以及參數(shù)列表，只需要真正連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，執(zhí)行該SQL語(yǔ)句，就可以完成真正的功能。

不到100行代碼，我們就通過(guò)metaclass實(shí)現(xiàn)了一個(gè)精簡(jiǎn)的ORM框架，是不是非常簡(jiǎn)單？

小結(jié)

metaclass是Python中非常具有魔術(shù)性的對(duì)象，它可以改變類(lèi)創(chuàng)建時(shí)的行為。這種強(qiáng)大的功能使用起來(lái)務(wù)必小心。

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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