資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：兩句話掌握最難知識(shí)點(diǎn)元類千萬(wàn)不要被所謂元類是的程序員不會(huì)用到的特性這類的說(shuō)辭嚇住。元類道生一，一生二一般來(lái)說(shuō)，元類均被命名后綴為。這是的一大難點(diǎn)，但學(xué)完了元類，一切變得清晰。
兩句話掌握python最難知識(shí)點(diǎn)——元類
千萬(wàn)不要被所謂“元類是99%的python程序員不會(huì)用到的特性”這類的說(shuō)辭嚇住。因?yàn)?strong>每個(gè)中國(guó)人，都是天生的元類使用者
學(xué)懂元類，你只需要知道兩句話：
道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物
我是誰(shuí)？我從哪來(lái)里？我要到哪里去？
在python世界，擁有一個(gè)永恒的道，那就是“type”，請(qǐng)記在腦海中，type就是道。如此廣袤無(wú)垠的python生態(tài)圈，都是由type產(chǎn)生出來(lái)的。
道生一，一生二，二生三，三生萬(wàn)物。道 即是 type
一 即是 metaclass(元類，或者叫類生成器)
二 即是 class(類，或者叫實(shí)例生成器)
三 即是 instance(實(shí)例)
萬(wàn)物 即是 實(shí)例的各種屬性與方法，我們平常使用python時(shí)，調(diào)用的就是它們。
道和一，是我們今天討論的命題，而二、三、和萬(wàn)物，則是我們常常使用的類、實(shí)例、屬性和方法，用hello world來(lái)舉例：# 創(chuàng)建一個(gè)Hello類，擁有屬性say_hello ----二的起源
class Hello():
def say_hello(self, name="world"):
print("Hello, %s." % name)
# 從Hello類創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例hello ----二生三
hello = Hello()
# 使用hello調(diào)用方法say_hello ----三生萬(wàn)物
hello.say_hello()
輸出效果：
Hello, world.
這就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“二生三，三生萬(wàn)物”過(guò)程。 從類到我們可以調(diào)用的方法，用了這兩步。
那我們不由自主要問，類從何而來(lái)呢？回到代碼的第一行。
class Hello其實(shí)是一個(gè)函數(shù)的“語(yǔ)義化簡(jiǎn)稱”，只為了讓代碼更淺顯易懂，它的另一個(gè)寫法是：
def fn(self, name="world"): # 假如我們有一個(gè)函數(shù)叫fn
print("Hello, %s." % name)
Hello = type("Hello", (object,), dict(say_hello=fn)) # 通過(guò)type創(chuàng)建Hello class ---- 神秘的“道”，可以點(diǎn)化一切，這次我們直接從“道”生出了“二”
這樣的寫法，就和之前的Class Hello寫法作用完全相同，你可以試試創(chuàng)建實(shí)例并調(diào)用
# 從Hello類創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例hello ----二生三，完全一樣 hello = Hello() # 使用hello調(diào)用方法say_hello ----三生萬(wàn)物，完全一樣 hello.say_hello()
輸出效果：
Hello, world. ----調(diào)用結(jié)果完全一樣。
我們回頭看一眼最精彩的地方，道直接生出了二：
Hello = type("Hello", (object,), dict(say_hello=fn))
這就是“道”，python世界的起源，你可以為此而驚嘆。
注意它的三個(gè)參數(shù)！暗合人類的三大永恒命題：我是誰(shuí)，我從哪里來(lái)，我要到哪里去。
第一個(gè)參數(shù)：我是誰(shuí)。 在這里，我需要一個(gè)區(qū)分于其它一切的命名，以上的實(shí)例將我命名為“Hello”
第二個(gè)參數(shù)：我從哪里來(lái)
在這里，我需要知道從哪里來(lái)，也就是我的“父類”，以上實(shí)例中我的父類是“object”——python中一種非常初級(jí)的類。
第三個(gè)參數(shù)：我要到哪里去
在這里，我們將需要調(diào)用的方法和屬性包含到一個(gè)字典里，再作為參數(shù)傳入。以上實(shí)例中，我們有一個(gè)say_hello方法包裝進(jìn)了字典中。
值得注意的是，三大永恒命題，是一切類，一切實(shí)例，甚至一切實(shí)例屬性與方法都具有的。理所應(yīng)當(dāng)，它們的“創(chuàng)造者”，道和一，即type和元類，也具有這三個(gè)參數(shù)。但平常，類的三大永恒命題并不作為參數(shù)傳入，而是以如下方式傳入
class Hello(object){
# class 后聲明“我是誰(shuí)”
# 小括號(hào)內(nèi)聲明“我來(lái)自哪里”
# 中括號(hào)內(nèi)聲明“我要到哪里去”
def say_hello(){
}
}
造物主，可以直接創(chuàng)造單個(gè)的人，但這是一件苦役。造物主會(huì)先創(chuàng)造“人”這一物種，再批量創(chuàng)造具體的個(gè)人。并將三大永恒命題，一直傳遞下去。
“道”可以直接生出“二”，但它會(huì)先生出“一”，再批量地制造“二”。
type可以直接生成類（class），但也可以先生成元類（metaclass），再使用元類批量定制類（class）。
元類——道生一，一生二一般來(lái)說(shuō)，元類均被命名后綴為Metalass。想象一下，我們需要一個(gè)可以自動(dòng)打招呼的元類，它里面的類方法呢，有時(shí)需要say_Hello，有時(shí)需要say_Hi，有時(shí)又需要say_Sayolala，有時(shí)需要say_Nihao。
如果每個(gè)內(nèi)置的say_xxx都需要在類里面聲明一次，那將是多么可怕的苦役！ 不如使用元類來(lái)解決問題。
以下是創(chuàng)建一個(gè)專門“打招呼”用的元類代碼：
class SayMetaClass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
attrs["say_"+name] = lambda self,value,saying=name: print(saying+","+value+"!")
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
記住兩點(diǎn)：
1、元類是由“type”衍生而出，所以父類需要傳入type?！?strong>道生一，所以一必須包含道】
2、元類的操作都在 __new__中完成，它的第一個(gè)參數(shù)是將創(chuàng)建的類，之后的參數(shù)即是三大永恒命題：我是誰(shuí)，我從哪里來(lái)，我將到哪里去。 它返回的對(duì)象也是三大永恒命題，接下來(lái)，這三個(gè)參數(shù)將一直陪伴我們。
在__new__中，我只進(jìn)行了一個(gè)操作，就是
attrs["say_"+name] = lambda self,value,saying=name: print(saying+","+value+"!")
它跟據(jù)類的名字，創(chuàng)建了一個(gè)類方法。比如我們由元類創(chuàng)建的類叫“Hello”，那創(chuàng)建時(shí)就自動(dòng)有了一個(gè)叫“say_Hello”的類方法，然后又將類的名字“Hello”作為默認(rèn)參數(shù)saying，傳到了方法里面。然后把hello方法調(diào)用時(shí)的傳參作為value傳進(jìn)去，最終打印出來(lái)。
那么，一個(gè)元類是怎么從創(chuàng)建到調(diào)用的呢？
來(lái)！一起根據(jù)道生一、一生二、二生三、三生萬(wàn)物的準(zhǔn)則，走進(jìn)元類的生命周期吧！
# 道生一：傳入type
class SayMetaClass(type):
# 傳入三大永恒命題：類名稱、父類、屬性
def __new__(cls, name, bases, attrs):
# 創(chuàng)造“天賦”
attrs["say_"+name] = lambda self,value,saying=name: print(saying+","+value+"!")
# 傳承三大永恒命題：類名稱、父類、屬性
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
# 一生二：創(chuàng)建類
class Hello(object, metaclass=SayMetaClass):
pass
# 二生三：創(chuàng)建實(shí)列
hello = Hello()
# 三生萬(wàn)物：調(diào)用實(shí)例方法
hello.say_Hello("world!")
輸出為
Hello, world!
注意：通過(guò)元類創(chuàng)建的類，第一個(gè)參數(shù)是父類，第二個(gè)參數(shù)是metaclass
普通人出生都不會(huì)說(shuō)話，但有的人出生就會(huì)打招呼說(shuō)“Hello”，“你好”,“sayolala”，這就是天賦的力量。它會(huì)給我們面向?qū)ο蟮木幊淌∠聼o(wú)數(shù)的麻煩。
現(xiàn)在，保持元類不變，我們還可以繼續(xù)創(chuàng)建Sayolala， Nihao類，如下：
# 一生二：創(chuàng)建類
class Sayolala(object, metaclass=SayMetaClass):
pass
# 二生三：創(chuàng)建實(shí)列
s = Sayolala()
# 三生萬(wàn)物：調(diào)用實(shí)例方法
s.say_Sayolala("japan!")
輸出
Sayolala, japan!
也可以說(shuō)中文
# 一生二：創(chuàng)建類
class Nihao(object, metaclass=SayMetaClass):
pass
# 二生三：創(chuàng)建實(shí)列
n = Nihao()
# 三生萬(wàn)物：調(diào)用實(shí)例方法
n.say_Nihao("中華!")
輸出
Nihao, 中華!
再來(lái)一個(gè)小例子：
# 道生一
class ListMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
# 天賦：通過(guò)add方法將值綁定
attrs["add"] = lambda self, value: self.append(value)
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
# 一生二
class MyList(list, metaclass=ListMetaclass):
pass
# 二生三
L = MyList()
# 三生萬(wàn)物
L.add(1)
現(xiàn)在我們打印一下L
print(L) >>> [1]
而普通的list沒有add()方法
L2 = list() L2.add(1) >>>AttributeError: "list" object has no attribute "add"
太棒了！學(xué)到這里，你是不是已經(jīng)體驗(yàn)到了造物主的樂趣？
年輕的造物主，請(qǐng)隨我一起開創(chuàng)新世界。python世界的一切，盡在掌握。
我們選擇兩個(gè)領(lǐng)域，一個(gè)是Django的核心思想，“Object Relational Mapping”，即對(duì)象-關(guān)系映射，簡(jiǎn)稱ORM。
這是Django的一大難點(diǎn)，但學(xué)完了元類，一切變得清晰。你對(duì)Django的理解將更上一層樓！
另一個(gè)領(lǐng)域是爬蟲領(lǐng)域（黑客領(lǐng)域），一個(gè)自動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)上的可用代理，然后換著IP去突破別的人反爬蟲限制。
這兩項(xiàng)技能非常有用，也非常好玩！
挑戰(zhàn)一：通過(guò)元類創(chuàng)建ORM 準(zhǔn)備工作，創(chuàng)建一個(gè)Field類class Field(object):
def __init__(self, name, column_type):
self.name = name
self.column_type = column_type
def __str__(self):
return "<%s:%s>" % (self.__class__.__name__, self.name)
它的作用是
在Field類實(shí)例化時(shí)將得到兩個(gè)參數(shù)，name和column_type，它們將被綁定為Field的私有屬性，如果要將Field轉(zhuǎn)化為字符串時(shí)，將返回“Field:XXX” ， XXX是傳入的name名稱。
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")
它的作用是
在StringField,IntegerField實(shí)例初始化時(shí)，時(shí)自動(dòng)調(diào)用父類的初始化方式。
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] = v
for 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)
它做了以下幾件事
創(chuàng)建一個(gè)新的字典mapping
將每一個(gè)類的屬性，通過(guò).items()遍歷其鍵值對(duì)。如果值是Field類，則打印鍵值，并將這一對(duì)鍵值綁定到mapping字典上。
將剛剛傳入值為Field類的屬性刪除。
創(chuàng)建一個(gè)專門的__mappings__屬性，保存字典mapping。
創(chuàng)建一個(gè)專門的__table__屬性，保存?zhèn)魅氲念惖拿Q。
一生二class Model(dict, metaclass=ModelMetaclass):
def __init__(self, **kwarg):
super(Model, self).__init__(**kwarg)
def __getattr__(self, key):
try:
return self[key]
except KeyError:
raise AttributeError(""Model" object has no attribute "%s"" % key)
def __setattr__(self, key, value):
self[key] = value
# 模擬建表操作
def save(self):
fields = []
args = []
for k, v in self.__mappings__.items():
fields.append(v.name)
args.append(getattr(self, k, None))
sql = "insert into %s (%s) values (%s)" % (self.__table__, ",".join(fields), ",".join([str(i) for i in args]))
print("SQL: %s" % sql)
print("ARGS: %s" % str(args))
如果從Model創(chuàng)建一個(gè)子類User：
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")
這時(shí)
id= IntegerField("id")就會(huì)自動(dòng)解析為：
Model.__setattr__(self, "id", IntegerField("id"))
因?yàn)镮ntergerField("id")是Field的子類的實(shí)例，自動(dòng)觸發(fā)元類的__new__，所以將IntergerField("id")存入__mappings__并刪除這個(gè)鍵值對(duì)。
二生三、三生萬(wàn)物當(dāng)你初始化一個(gè)實(shí)例的時(shí)候并調(diào)用save()方法時(shí)候
u = User(id=12345, name="Batman", email="batman@nasa.org", password="iamback") u.save()
這時(shí)先完成了二生三的過(guò)程：
先調(diào)用Model.__setattr__，將鍵值載入私有對(duì)象
然后調(diào)用元類的“天賦”，ModelMetaclass.__new__，將Model中的私有對(duì)象，只要是Field的實(shí)例，都自動(dòng)存入u.__mappings__。
接下來(lái)完成了三生萬(wàn)物的過(guò)程：
通過(guò)u.save()模擬數(shù)據(jù)庫(kù)存入操作。這里我們僅僅做了一下遍歷__mappings__操作，虛擬了sql并打印，在現(xiàn)實(shí)情況下是通過(guò)輸入sql語(yǔ)句與數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)運(yùn)行。
輸出結(jié)果為
