1. 什么是類元編程

類元編程是指動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建或定制類，也就是在運(yùn)行時(shí)根據(jù)不同的條件生成符合要求的類禾进，一般來(lái)說(shuō)豁跑，類元編程的主要方式有類工廠函數(shù)，類裝飾器和元類泻云。

2. 創(chuàng)建類的另一種方式

通常艇拍，我們都是使用 class 關(guān)鍵字來(lái)聲明一個(gè)類，像這樣：

class A:
    name = 'A'

但是壶愤，我們還有另外一種方式來(lái)生成類淑倾，下述代碼與上面作用相同：

A = type('A', (object,), {'name': 'A'})

一般情況下我們把 type 視作函數(shù)馏鹤，調(diào)用 type(obj) 來(lái)獲取 obj 對(duì)象所屬的類征椒。然而，type 是一個(gè)類（或者說(shuō)湃累，元類勃救，后面會(huì)介紹），傳入三個(gè)參數(shù)（類名治力，父類元組蒙秒，屬性列表）便可以新建一個(gè)類。至于類如何像函數(shù)一樣使用宵统，只需要實(shí)現(xiàn) __call__ 特殊方法即可晕讲。

3. 類工廠函數(shù)

在Python中，類是一等對(duì)象，因此任何時(shí)候都可以使用函數(shù)創(chuàng)建類瓢省，而無(wú)需使用 class 關(guān)鍵字弄息。

通常，我們定義一個(gè)類需要用到 class 關(guān)鍵字勤婚，比如一個(gè)簡(jiǎn)單的 Dog 類：

class Dog:
    def __init__(self, name, age, owner):
        self.name = name
        self.age = age
        self.owner = owner

這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的類摹量，我們將每個(gè)字段的名字都寫(xiě)了三遍，并且想要獲得友好的字符串表示形式還得再次編寫(xiě) __str__ 或者 __repr__ 方法馒胆，那么有沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法即時(shí)創(chuàng)建這樣的簡(jiǎn)單類呢缨称？答案是有的。受到標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的類工廠函數(shù)——collections.namedtuple的啟發(fā)祝迂，我們可以實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)類似的工廠函數(shù)來(lái)創(chuàng)建簡(jiǎn)單類：

Dog = create_class('Dog', 'name age owner')

實(shí)現(xiàn)這樣的工廠函數(shù)的思路也很簡(jiǎn)單睦尽，切分出屬性名后調(diào)用 type 新建類并返回即可：

def create_class(name, fields):

    # 對(duì)象的屬性元組
    fields = tuple(fields.replace(',', ' ').split())
    
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        # {屬性名:初始化值}
        attrs = dict(zip(self.__slots__, args))
        # 關(guān)鍵字參數(shù)
        attrs.update(kwargs)
        for name, value in attrs.items():
            # 相當(dāng)于 self.name = value
            setattr(self, name, value)

    def __repr__(self):
        values = []
        for i in self.__slots__:
            # {屬性名=屬性值}
            values.append(f'{i}={getattr(self, i)}')
        values = ', '.join(values)
        return f'{self.__class__.__name__}({values})'

    class_attrs = {
        '__slots__': fields,
        '__init__': __init__,
        '__repr__': __repr__
        }
    return type(name, (object,), class_attrs)

利用這樣的類工廠函數(shù)可以很方便的創(chuàng)建出類似Dog的簡(jiǎn)單類，并且擁有了友好的字符串表示形式：

>>> Dog = create_class('Dog', 'name age owner')
>>> dog = Dog('R', 2, 'assassin')
>>> dog
Dog(name=R, age=2, owner=assassin)

4. 類裝飾器

類裝飾器也是函數(shù)型雳，與一般的裝飾器不同的是參數(shù)為類骂删，用來(lái)審查，修改四啰，甚至把被裝飾的類替換成其他類宁玫。讓我們寫(xiě)一個(gè)給類添加 cls_name 屬性的裝飾器吧：

def add_name(cls):
    setattr(cls, 'cls_name', cls.__name__)
    return cls

@add_name
class Dog:
    def __init__(self, name, age, owner):
        self.name = name
        self.age = age
        self.owner = owner

利用類裝飾器可以對(duì)傳入的類做各種修改以達(dá)到使用需求。類裝飾器的缺點(diǎn)就是只對(duì)直接依附的類有效柑晒，這意味著子類有可能繼承也有可能不繼承被裝飾效果欧瘪，這取決于裝飾器中所做的改動(dòng)。

5. 元類

除非開(kāi)發(fā)框架匙赞，否則不要編寫(xiě)元類——然而佛掖，為了尋找樂(lè)趣，或者練習(xí)相關(guān)概念涌庭，可以這么做芥被。

——《流暢的Python》

一句話理解，元類就是用于構(gòu)建類的類坐榆。

默認(rèn)情況下拴魄，類都是 type 的實(shí)例，也就是說(shuō)席镀， type 是大多數(shù)內(nèi)置類和自定義類的元類匹中。 type 是一個(gè)神奇的存在，它是自身的實(shí)例豪诲，而在 type 和 object 之間顶捷，type 是 object 的子類，object 是 type 的實(shí)例屎篱。

前面這些神奇的關(guān)系可以不用關(guān)注服赎，但是編寫(xiě)元類一定要明白的是：所有類都是 type 的實(shí)例葵蒂，但只有元類同時(shí)還是 type 的子類，所以元類從 type 繼承了構(gòu)建類的能力重虑，這就是我們編寫(xiě)元類的依據(jù)刹勃，具體來(lái)說(shuō)，元類通過(guò)實(shí)現(xiàn) __init__ 和 __new__ 方法來(lái)定制類嚎尤，他們的區(qū)別如下：

__init__ 被稱為構(gòu)造方法是從其他語(yǔ)言借鑒過(guò)來(lái)的術(shù)語(yǔ)荔仁，其實(shí)用于構(gòu)建實(shí)例的是 __new__ ，這是個(gè)特殊處理的類方法芽死，必須返回一個(gè)實(shí)例乏梁，作為第一個(gè)參數(shù)傳給 __init__ 方法，而 __init__ 禁止返回任何值关贵，所以其實(shí)應(yīng)該叫“初始化方法”遇骑。從 __new__ 到 __init__ 并不是必須的，因?yàn)?__new__ 方法非常強(qiáng)大揖曾，甚至可以返回其他實(shí)例落萎，這時(shí)候不會(huì)調(diào)用 __init__ 方法。

——《流暢的Python》

所以炭剪，一般情況下我們想利用元類來(lái)對(duì)類進(jìn)行審查练链，修改屬性時(shí)實(shí)現(xiàn) __init__ 方法即可，而如果需要根據(jù)已有類構(gòu)造新類時(shí)就需要實(shí)現(xiàn) __new__ 方法奴拦。

元類最常用在框架中媒鼓，例如 ORM 就會(huì)用到元類，當(dāng)我們聲明一個(gè)類并使用了框架提供的元類時(shí)错妖，元類會(huì)做這些事：

• 讀取用戶類名作為表名

• 創(chuàng)建屬性名和列名的映射關(guān)系

• 在 __new__ 方法中創(chuàng)建新的類绿鸣，保存有表名和屬性與列的映射關(guān)系

ORM 元類的編寫(xiě)比較復(fù)雜，我以另外一個(gè)例子說(shuō)明元類的使用方法暂氯。在《Python3網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)開(kāi)發(fā)實(shí)戰(zhàn)》一書(shū)代理池的例子中潮模，我們需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)爬蟲(chóng)類來(lái)爬取各個(gè)代理網(wǎng)站的代理，這個(gè)類的結(jié)構(gòu)是這樣的：

class Crawler():
    def get_proxies(self, crawl_func):
        '''執(zhí)行指定方法來(lái)獲取代理'''
        pass
    
    def crawl_1(self):
        '''爬取網(wǎng)站1的數(shù)據(jù)'''
        pass
    
    def crawl_2(self):
        '''爬取網(wǎng)站2的數(shù)據(jù)'''
        pass

我們?cè)谂老x(chóng)類中定義了一系列針對(duì)各個(gè)網(wǎng)站的爬取方法痴施，并定義了一個(gè) get 方法來(lái)爬取指定的網(wǎng)站擎厢，我們希望可以隨時(shí)添加可爬取的網(wǎng)站，只需要添加以 crawl_ 開(kāi)頭的方法晾剖。要實(shí)現(xiàn)這樣的功能锉矢，很明顯這樣是不夠的，因?yàn)槲覀儾恢酪还灿心男?crawl_ 開(kāi)頭的爬取方法齿尽，如果再用另外的方式手動(dòng)記錄又很麻煩，并且有忘記更新記錄的隱患存在灯节。學(xué)習(xí)了元類后循头，我們可以很輕松的在爬蟲(chóng)類中添加屬性來(lái)自動(dòng)記錄其中的爬取方法绵估，像下面這樣：

class ProxyMetaClass(type):
    '''元類，初始化類時(shí)記錄所有以crawl_開(kāi)頭的方法'''
    
    # 第一個(gè)參數(shù)為元類的實(shí)例卡骂，后面三個(gè)與 type 用到的三個(gè)參數(shù)相同
    def __init__(cls, name, bases, attrs):
        count = 0
        crawl_funcs = []
        for k, _ in attrs.items():
            if 'crawl_' in k:
                crawl_funcs.append(k)
                count += 1
        # 添加屬性
        cls.crawl_func_count = count
        cls.crawl_funcs = crawl_funcs


# 爬蟲(chóng)類国裳，指定元類后會(huì)自動(dòng)調(diào)用元類進(jìn)行構(gòu)建
class Crawler(metaclass=ProxyMetaClass):
    def get_proxies(self, crawl_func):
        '''執(zhí)行指定方法來(lái)獲取代理'''
        pass

    def crawl_1(self):
        '''爬取網(wǎng)站1的數(shù)據(jù)'''
        pass
    
    def crawl_2(self):
        '''爬取網(wǎng)站2的數(shù)據(jù)'''
        pass

這樣后面工作的時(shí)候就可以調(diào)用 crawler.crawl_funcs 獲取所有的 func 然后按個(gè)調(diào)用 crawler.get_proxies(func) 進(jìn)行爬取。

最后全跨，元類功能強(qiáng)大但是難以掌握缝左，類裝飾器能以更簡(jiǎn)單的方式解決很多問(wèn)題，比如上面這個(gè)需求浓若，使用類裝飾器也可以很輕松的辦到(???)渺杉。