資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：兩句話掌握最難知識點元類千萬不要被所謂元類是的程序員不會用到的特性這類的說辭嚇住。元類道生一，一生二一般來說，元類均被命名后綴為。這是的一大難點，但學(xué)完了元類，一切變得清晰。
兩句話掌握python最難知識點——元類
千萬不要被所謂“元類是99%的python程序員不會用到的特性”這類的說辭嚇住。因為每個中國人，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物
我是誰？我從哪來里？我要到哪里去？
在python世界，擁有一個永恒的道，那就是“type”，請記在腦海中，type就是道。如此廣袤無垠的python生態(tài)圈，都是由type產(chǎn)生出來的。
道生一，一生二，二生三，三生萬物。道 即是 type
一 即是 metaclass(元類，或者叫類生成器)
二 即是 class(類，或者叫實例生成器)
三 即是 instance(實例)
萬物 即是 實例的各種屬性與方法，我們平常使用python時，調(diào)用的就是它們。
道和一，是我們今天討論的命題，而二、三、和萬物，則是我們常常使用的類、實例、屬性和方法，用hello world來舉例：# 創(chuàng)建一個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)建一個實例hello ----二生三
hello = Hello()
# 使用hello調(diào)用方法say_hello ----三生萬物
hello.say_hello()
輸出效果：
Hello, world.
這就是一個標準的“二生三，三生萬物”過程。 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，類從何而來呢？回到代碼的第一行。
class Hello其實是一個函數(shù)的“語義化簡稱”，只為了讓代碼更淺顯易懂，它的另一個寫法是：
def fn(self, name="world"): # 假如我們有一個函數(shù)叫fn
print("Hello, %s." % name)
Hello = type("Hello", (object,), dict(say_hello=fn)) # 通過type創(chuàng)建Hello class ---- 神秘的“道”，可以點化一切，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)建實例并調(diào)用
# 從Hello類創(chuàng)建一個實例hello ----二生三，完全一樣 hello = Hello() # 使用hello調(diào)用方法say_hello ----三生萬物，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。
注意它的三個參數(shù)！暗合人類的三大永恒命題：我是誰，我從哪里來，我要到哪里去。
第一個參數(shù)：我是誰。 在這里，我需要一個區(qū)分于其它一切的命名，以上的實例將我命名為“Hello”
第二個參數(shù)：我從哪里來
在這里，我需要知道從哪里來，也就是我的“父類”，以上實例中我的父類是“object”——python中一種非常初級的類。
第三個參數(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字典里，再作為參數(shù)傳入。以上實例中，我們有一個say_hello方法包裝進了字典中。
值得注意的是，三大永恒命題，是一切類，一切實例，甚至一切實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”
# 小括號內(nèi)聲明“我來自哪里”
# 中括號內(nèi)聲明“我要到哪里去”
def say_hello(){
}
}
造物主，可以直接創(chuàng)造單個的人，但這是一件苦役。造物主會先創(chuàng)造“人”這一物種，再批量創(chuàng)造具體的個人。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說，元類均被命名后綴為Metalass。想象一下，我們需要一個可以自動打招呼的元類，它里面的類方法呢，有時需要say_Hello，有時需要say_Hi，有時又需要say_Sayolala，有時需要say_Nihao。
如果每個內(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！ 不如使用元類來解決問題。
以下是創(chuàng)建一個專門“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：
1、元類是由“type”衍生而出，所以父類需要傳入type。【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，我從哪里來，我將到哪里去。 它返回的對象也是三大永恒命題，接下來，這三個參數(shù)將一直陪伴我們。
在__new__中，我只進行了一個操作，就是
attrs["say_"+name] = lambda self,value,saying=name: print(saying+","+value+"!")
它跟據(jù)類的名字，創(chuàng)建了一個類方法。比如我們由元類創(chuàng)建的類叫“Hello”，那創(chuàng)建時就自動有了一個叫“say_Hello”的類方法，然后又將類的名字“Hello”作為默認參數(shù)saying，傳到了方法里面。然后把hello方法調(diào)用時的傳參作為value傳進去，最終打印出來。
那么，一個元類是怎么從創(chuàng)建到調(diào)用的呢？
來！一起根據(jù)道生一、一生二、二生三、三生萬物的準則，走進元類的生命周期吧！
# 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)建實列
hello = Hello()
# 三生萬物：調(diào)用實例方法
hello.say_Hello("world!")
輸出為
Hello, world!
注意：通過元類創(chuàng)建的類，第一個參數(shù)是父類，第二個參數(shù)是metaclass
普通人出生都不會說話，但有的人出生就會打招呼說“Hello”，“你好”,“sayolala”，這就是天賦的力量。它會給我們面向?qū)ο蟮木幊淌∠聼o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)建實列
s = Sayolala()
# 三生萬物：調(diào)用實例方法
s.say_Sayolala("japan!")
輸出
Sayolala, japan!
也可以說中文
# 一生二：創(chuàng)建類
class Nihao(object, metaclass=SayMetaClass):
pass
# 二生三：創(chuàng)建實列
n = Nihao()
# 三生萬物：調(diào)用實例方法
n.say_Nihao("中華!")
輸出
Nihao, 中華!
再來一個小例子：
# 道生一
class ListMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
# 天賦：通過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)體驗到了造物主的樂趣？
年輕的造物主，請隨我一起開創(chuàng)新世界。python世界的一切，盡在掌握。
我們選擇兩個領(lǐng)域，一個是Django的核心思想，“Object Relational Mapping”，即對象-關(guān)系映射，簡稱ORM。
這是Django的一大難點，但學(xué)完了元類，一切變得清晰。你對Django的理解將更上一層樓！
另一個領(lǐng)域是爬蟲領(lǐng)域（黑客領(lǐng)域），一個自動搜索網(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。
這兩項技能非常有用，也非常好玩！
挑戰(zhàn)一：通過元類創(chuàng)建ORM 準備工作，創(chuàng)建一個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類實例化時將得到兩個參數(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，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實例初始化時，時自動調(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)建一個新的字典mapping
將每一個類的屬性，通過.items()遍歷其鍵值對。如果值是Field類，則打印鍵值，并將這一對鍵值綁定到mapping字典上。
將剛剛傳入值為Field類的屬性刪除。
創(chuàng)建一個專門的__mappings__屬性，保存字典mapping。
創(chuàng)建一個專門的__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
id= IntegerField("id")就會自動解析為：
Model.__setattr__(self, "id", IntegerField("id"))
因為IntergerField("id")是Field的子類的實例，自動觸發(fā)元類的__new__，所以將IntergerField("id")存入__mappings__并刪除這個鍵值對。
二生三、三生萬物當(dāng)你初始化一個實例的時候并調(diào)用save()方法時候
u = User(id=12345, name="Batman", email="[email protected]", password="iamback") u.save()
這時先完成了二生三的過程：
先調(diào)用Model.__setattr__，將鍵值載入私有對象
然后調(diào)用元類的“天賦”，ModelMetaclass.__new__，將Model中的私有對象，只要是Field的實例，都自動存入u.__mappings__。
接下來完成了三生萬物的過程：
通過u.save()模擬數(shù)據(jù)庫存入操作。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)實情況下是通過輸入sql語句與數(shù)據(jù)庫來運行。
輸出結(jié)果為
