摘要：類元編程是指在運(yùn)行時創(chuàng)建或定制類的技藝。注意在中做元編程時最好不要用和函數(shù)。三元類基礎(chǔ)知識元類是類元編程最高級的工具使用元類可以創(chuàng)建具有某種特質(zhì)的全新變種，例如抽象基類。建議除非開發(fā)框架，否則不要在生產(chǎn)代碼中定義元類或抽象基類。

導(dǎo)語：本文章記錄了本人在學(xué)習(xí)Python基礎(chǔ)之元編程篇的重點(diǎn)知識及個人心得，打算入門Python的朋友們可以來一起學(xué)習(xí)并交流。

1、了解運(yùn)行時創(chuàng)建類的方法——類工廠函數(shù)；
2、熟悉元類的基礎(chǔ)知識和使用場景；
3、了解元類的__prepare__的意義；
4、了解class的屬性以及Python解釋器如何處理導(dǎo)入的模塊。

類元編程是指在運(yùn)行時創(chuàng)建或定制類的技藝。

類是一等對象，因此任何時候都可以使用函數(shù)新建類，而無需使用class關(guān)鍵字。

實(shí)例： 下面我們寫一個簡單的類工廠函數(shù)：

def record_factory(cls_name,field_names):
    try:
        field_names=field_names.replace(","," ").split()
    except AttributeError:
        pass
    field_names=tuple(field_names)#使用屬性名構(gòu)建元組，這將成為新的__slots__。

    def __init__(self,*args,**kwards):#通過字典解析輸入數(shù)據(jù)，然后將值賦給新建的類的屬性。
        attrs=dict(zip(self.__slots__,args))
        attrs.update(kwards)
        for key,value in attrs.items():
            setattr(self,key,value)

    def __iter__(self):#迭代特殊方法的思想在于讓解釋器查詢到屬性對應(yīng)的值。
        for name in self.__slots__:
            yield getattr(self,name)#實(shí)現(xiàn)迭代的方法在于：通過內(nèi)置getattr方法獲取已經(jīng)初始化的類屬性對應(yīng)的值。
    def __repr__(self):#返回一個合適的字符串。
        msg=", ".join("{}={!r}".format(*i) for i in zip(self.__slots__,self))
        return "{}({})".format(self.__class__.__name__,msg)

    cls_attrs=dict(__slots__=field_names,
                   __init__=__init__,
                  __iter__=__iter__,
                   __repr__=__repr__)

    return type(cls_name,(object,),cls_attrs)#使用type構(gòu)造方法構(gòu)建新類并返回，注意object后的逗號很重要。
animal=record_factory("animal","name,age,price")
dog=animal("dog","Bob","1000")
print(dog)#構(gòu)造animal實(shí)例對象
a,b,_=dog#可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的拆包賦值
print(a,b）

輸出：

animal(name="dog", age="Bob", price="1000")
dog Bob

type的三個參數(shù)：class type(name, bases, dict)
type最后一個參數(shù)是一個映射，指定新類的屬性名和值。

注意：在Python中做元編程時, 最好不要用 exec 和 eval 函數(shù).。如果接接收的字符串來自不可信的源，這兩個函數(shù)會帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險.

類裝飾器：本質(zhì)上是高階函數(shù)，其參數(shù)是被裝飾的類，用于審查審查、修改、甚至把被裝飾的類替換成其他類。

類裝飾器的重大缺點(diǎn)：只對直接依附的類有效。即被裝飾的類的子類可能繼承也可能不繼承裝飾器所做的改動，具體情況視改動的方式而定。

元類：是類元編程最高級的工具：使用元類可以創(chuàng)建具有某種特質(zhì)的全新變種，例如抽象基類。
功能：元類是創(chuàng)建類的類。
特點(diǎn)：

所有類都直接或間接地是type的實(shí)例，不過只有元類同時也是type的子類。

具體而言，元類可以通過實(shí)現(xiàn)__init__方法定制類。

為了避免無限回溯，type.__class是type，即type是自身的實(shí)例。

建議：除非開發(fā)框架，否則不要在生產(chǎn)代碼中定義元類或抽象基類。

實(shí)例：使用元類定制描述符

class EntityMeta(type):
    """Metaclass for business entities with validated fields"""

    def __init__(cls, name, bases, attr_dict):
        super().__init__(name, bases, attr_dict)  # 創(chuàng)建類對象。
        for key, attr in attr_dict.items():  # <2>
            if isinstance(attr, Validated):
                type_name = type(attr).__name__
                attr.storage_name = "_{}#{}".format(type_name, key)

class Entity(metaclass=EntityMeta):  # <3>
    """Business entity with validated fields"""

驗(yàn)證屬性

一次把裝飾器依附到多個方法上

序列化對象或轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

對象關(guān)系映射

基于對象的持久存儲

動態(tài)轉(zhuǎn)換使用其他語言編寫為所有類定義的方法

__prepare__的功能：知道類的屬性定義的順序。
使用場景：__prepare__只在元類中有用，而且必須聲明為類方法（即要使用@classmethod 裝飾器定義）。
參數(shù)要求：__prepare__方法的第一個參數(shù)是元類，隨后兩個參數(shù)分別是要構(gòu)建的類的名稱和基類組成的元組， 返回值必須是映射。
工作原理：元類構(gòu)建新類時，解釋器會先調(diào)用__prepare__ 方法，使用類定義體中的屬性創(chuàng)建映射。接著把__prepare__方法返回的映射會傳給__new__ 方法的最后一個參數(shù)，然后再傳給__init__ 方法。

實(shí)例：使用__prepare__

class EntityMeta(type):
    """Metaclass for business entities with validated fields"""

    @classmethod
    def __prepare__(cls, name, bases):
        return collections.OrderedDict()  # 返回一個空的 OrderedDict 實(shí)例，類屬性將存儲在里面。

    def __init__(cls, name, bases, attr_dict):
        super().__init__(name, bases, attr_dict)
        cls._field_names = []  # 中創(chuàng)建一個 _field_names 屬性
        for key, attr in attr_dict.items():
            if isinstance(attr, Validated):
                type_name = type(attr).__name__
                attr.storage_name = "_{}#{}".format(type_name, key)
                cls._field_names.append(key)

class Entity(metaclass=EntityMeta):
    """Business entity with validated fields"""

    @classmethod
    def field_names(cls):  # field_names 類方法的作用簡單：按照添加字段的順序產(chǎn)出字段的名稱
        for name in cls._field_names:
            yield name

在進(jìn)程中首次導(dǎo)入模塊時，Python解釋器還會運(yùn)行所導(dǎo)入模塊中的全部頂層代碼。以后導(dǎo)入相同的模塊則使用緩存，只做名稱綁定。

對函數(shù)而言，首次導(dǎo)入模塊時：解釋器會執(zhí)行頂層的 def 語句，編譯函數(shù)的定義體，把函數(shù)對象綁定到對應(yīng)的全局名稱上，但是顯然解釋器不會執(zhí)行函數(shù)的定義體。通常這意味著解釋器在導(dǎo)入時定義頂層函數(shù)，但是僅當(dāng)在運(yùn)行時調(diào)用函數(shù)時才會執(zhí)行函數(shù)的定義體。

對類而言，首次導(dǎo)入模塊時：解釋器會執(zhí)行每個類的定義體，甚至?xí)?zhí)行嵌套類的定義體。執(zhí)行類定義體的結(jié)果是，定義了類的屬性和方法，并構(gòu)建了類對象。從這個意義上理解，類的定義體屬于“頂層代碼”，因?yàn)樗趯?dǎo)入時運(yùn)行。

class除了除__mro__、__class__、和__name__之外還有以下屬性：

cls.__bases__：由類的基類組成的元組。

cls.__qualname__：其值是類或函數(shù)的限定名稱，即從模塊的全局作用域到類的點(diǎn)分路徑。

cls.__subclasses__()：這個方法返回一個列表，包含類的直接子類。其實(shí)現(xiàn)使用弱引用，防止超類和子類之間出現(xiàn)循環(huán)引用。這個方法返回的列表是內(nèi)存里現(xiàn)存的子類。

cls.mro()：構(gòu)建類時，如果需要獲取儲存在類屬性__mro__ 中的超類元組，解釋器會調(diào)用這個方法。元類可以覆蓋這個方法，定制要構(gòu)建的類解析方法的順序。