深入浅出Python元编程

这是恋习Python推荐的第8篇好文

作者|刘欣

来源|码农翻身

隔壁的Java 世界为了创建一个对象搞得鸡飞狗跳，这边的Python解释器倒是乐得清闲。 

（参见：《当创建对象时......》）

我作为他的第n任助手正式上岗。

“老大，有程序员要创建对象，怎么办？”我向Python解释器发出了预警，上岗后头一次遇到这种情况，我有点紧张。

class Person:
    def sayHello(self,name):
        print("hello,"+name)

p = Person()

p.sayHello("andy")

“怕啥，我告诉你怎么做啊，首先找到Metaclass(元类)，用元类来创建Class, 最后用Class对象来创建实例。”   老大说着还给我画了个图： 

 “不是吧！刚才还说人家Java鸡飞狗跳，我看我们这儿也丝毫不差，一个Class（如Person）在内存中用个对象来表示我理解，毕竟在我们的世界中，一切都是对象嘛， 但是这Metaclass（元类）是什么鬼？”  

“是啊，类是一个对象，调用这个类对象的__new__方法就可以创建出这个类的实例。那么问题来了， 类对象是怎么来的？怎么把这个类对象给new 出来？”  老大没有回答，只是反问。  

“不是程序员写的吗， class Person.....”  我有点底气不足。 

“程序员写的只是代码，都是文本而已，我们在执行的过程中需要用Metaclass 把这个Person类对象给创建起来的。” 

“可是我也没有看到Person类的Metaclass啊？！ 他到底在哪儿？”  

“那是你没有找到， Person类中没有，就去它的父类中去找，如果也没有，就继续向父类的父类去找，如果在任何父类中都找不到Metaclass，就去模块中去找，如果还是找不到，就用缺省的Metaclass，即type。” 

我按照老大的要求，去找这个Metaclass，没有找到，只好用缺省的type了。

可是我记得这个type不是个类，是个函数啊，可以用来查看一个变量的类型：

>>> type(1)
<class 'int'>
>>> type("aaa")
<class 'str'>
>>>

老大说：“这个type啊，还有另外一个用法，可以创建其他类对象，在创建的时候，需要三个参数：”

1. 要创建的类对象的名称，例如"Person" 

2. 要创建的类对象的父类，例如（object,) 

3. 包含属性的字典，即类的属性和方法。例如{"sayHello": sayHello} 

比如，下面这段代码也创建了一个类对象Person，和程序员写的class Person...  效果是一样的。

def sayHello(self,name):
    print("hello,"+name)

#通过type来创建一个类对象，名称为Person，这个类对象有一个方法sayHello
Person = type("Person",(),{"sayHello":sayHello})

#通过类对象来创建实例
p = Person()

p.sayHello("andy")  # hello andy 

(友情提示：可左右滑动)

嘿，这个办法不错啊，可以在运行时、动态地创建一个全新的类出来！隔壁的Java虽然也能做到，但是得利用ASM之类工具去直接操作字节码，太麻烦了，我大Python直接通过普普通通、简简单单的Python代码就搞定了！

这就是动态脚本语言的一个优势吧！ 

之前听说过元编程，现在应该就是元编程了吧？但是这个Metaclass到底有什么用处呢？ 程序员为什么不直接在代码中写class Person..... 这样的代码？ 这样多直观啊。

老大说：“有些程序员会自定义Metaclass，这些自定义的Metaclass 主要做这些事情：” 

1. 拦截类的创建 

2. 读取类的信息，可能做修改 

3. 返回新的类。 

拦截类的创建？ 为什么有这样“变态”的需求？

我真想看看一个自定义的Metaclass，看看它到底是怎么“变态”的。 

没多久，机会来了，又要创建对象了。 

from django.db import models

class Employee(models.Model):
    name = models.CharField(maxlength = 50)    
    age  = models.IntegerField()
    #其他代码略#

在Employee中没有看到Metaclass, 我就去父类Model中去寻找，运气不错，一下子就找到了metaclass ，叫做ModelBase：

class Model(metaclass=ModelBase)：
    #其他代码略

赶紧去看ModelBase的代码，唉，实在是有点复杂了，让我看得头晕。 

老大说：“你不用花费时间了，你的前任的前任曾经研究过它，是为了实现ORM ！” 

“ORM？” 

“就是对象和关系数据库的映射。你想想，程序员创建的Python对象想要保存到数据库中，该怎么办？“ 老大问道。

”那还不简单，程序员可以写SQL代码啊，insert into employee(name,age) values(?,?)，其中包含那个Employee对象的name ,age的值不就行了？“

”那样就有点笨拙了，你再想想，能不能简化程序员的工作，别让他们去写这些烦人的、容易出错的SQL代码？能不能让框架来做这件事?“ 老大写了两行代码。

employee = Employee(name="andy",age=20)  
employee.save()

“看看，程序员只要把对象创建出来，调用下save方法就行了，SQL语句就会形成，保存到数据库中。”

（注：这里略过了数据库连接的管理）

“难道ModelBase这个元类在后面做‘手脚'？”我似乎有点理解了。

”没错，你看到这些Employee类的属性没有？ 就是程序员写的那些name, age...... 程序员这么写，其实就是在告诉ModelBase，尊敬的Metaclass 啊， 这些都是数据库的列啊，列名是 name, 类型是char(50) ， 还有个列名是age，是个整数。” 

 “那个MetaClass ，对，就是ModelBase会读取这些列名、类型，并且记录下来。 有了列名的信息，将来就可以形成insert, update,delete等SQL语句了。对不对？”

原来如此！看来ModelBase在创建Employee类对象的时候，“偷偷地”读取了Employee类的定义信息，这样才能在背后实现ORM！ 

我按照老大的指示，调用ModelBase的__new__方法，创建了Employee类对象。 

接下来又调用Employee类对象的__new__方法，创建了Employee实例对象。  

employee = Employee(name="andy",age=20)  
employee.save()

当程序员调用employee.save()方法的时候，正如老大所说，神奇的魔法发生了，一条sql语句形成，并且发送给了数据库去执行。

我感慨到：“这Python的元编程还是真是不错啊，能在运行时动态地修改类，比隔壁的Java强多了！”

“Python元编程的技术不仅仅是Metaclass，还多着呢，你慢慢学吧！”

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