什么是元编程

Python元编程是指在运行时对Python代码进行操作的技术，它能够动静地生成、批改和执行代码，从而实现一些高级的编程技巧。Python的元编程包含元类、装璜器、动静属性和动静导入等技术，这些技术都能够帮忙咱们更好地了解和把握Python语言的个性和机制。元编程在一些场景下十分有用，比方实现ORM框架、实现特定畛域的DSL、动静批改类的行为等。把握好Python元编程技术能够进步咱们的编程能力和代码品质。

想要搞定元编程，必须要了解和把握Python中的元编程技术：

  1. 反射：Python提供了许多内置函数和模块，如getattr()、setattr()、hasattr()、inspect等，能够在运行时动静地获取对象的属性和办法信息，从而实现反射。
  2. 装璜器：装璜器是Python中一种常见的元编程技术，它能够动静地批改函数或类的行为，而无需批改它们的源代码。装璜器能够用于函数的参数查看、性能剖析、缓存、日志记录等方面。
  3. 类装璜器：类装璜器是一种对类进行润饰的装璜器，能够在类定义时动静地批改类的行为。类装璜器能够用于实现单例模式、代理模式、混入等方面。
  4. 元类：元类是Python中一种高级的元编程技术，它能够动静地创立类，而不是实例。元类能够用于管制类的创立行为、增加类的属性和办法、实现ORM框架等方面。
在理论开发中，元编程能够用于实现一些高级的技术，如ORM框架、RPC框架、动静路由等。把握Python的元编程技术，能够让开发者更好地了解Python的语言个性，进步代码的可读性和可维护性。

元编程利用场景

Python元编程的理论利用场景十分宽泛，例如上面几个典型的场景：

  1. 装璜器和元类 装璜器和元类是Python中常见的元编程技巧，通过这两种技术能够实现对类和函数进行动静的批改和扩大。比方，能够应用装璜器来加强函数的性能，也能够应用元类来动静生成类。
  2. 动静生成代码 Python中的eval和exec函数能够用于动静地生成代码并执行，这是元编程的一种典型利用场景。比方，能够依据用户的输出动静地生成SQL语句或其余代码。
  3. 插件化架构 在插件化架构中，程序能够在运行时动静地加载和卸载插件。Python中的模块和包机制能够用于实现插件化架构，而元编程技巧则能够用于实现动静的插件加载和卸载。
  4. 协程和异步编程 在协程和异步编程中，须要对代码进行动静的批改和重构，以便实现高效的并发解决。Python中的asyncio和curio等库都是基于元编程技巧实现的。
  5. 基于属性的编程 Python中的属性能够用于动静地拜访对象的属性，这是元编程的一种典型利用场景。比方，能够应用属性来实现动静的类型转换、数据校验和计算属性等性能。
Python元编程的利用场景十分宽泛，能够用于实现各种动静的、高级的编程性能。

综合实战

  1. 应用元类来实现一个简略的ORM框架
class ModelMetaClass(type):    def __new__(cls, name, bases, attrs):        if name == 'Model':            return super().__new__(cls, name, bases, attrs)        table_name = attrs.get('table_name', name.lower())        mappings = {}        fields = []        for k, v in attrs.items():            if isinstance(v, Field):                mappings[k] = v                fields.append(k)        for k in mappings.keys():            attrs.pop(k)        attrs['__table__'] = table_name        attrs['__mappings__'] = mappings        attrs['__fields__'] = fields        return super().__new__(cls, name, bases, attrs)class Model(metaclass=ModelMetaClass):    def __init__(self, **kwargs):        for k, v in kwargs.items():            setattr(self, k, v)    def save(self):        fields = []        values = []        for k, v in self.__mappings__.items():            fields.append(v.db_column or k)            values.append(getattr(self, k, None))        sql = 'INSERT INTO {} ({}) VALUES ({})'.format(            self.__table__,            ', '.join(fields),            ', '.join(['%s'] * len(values))        )        print('SQL:', sql)        print('VALUES:', values)class Field:    def __init__(self, db_column=None):        self.db_column = db_columnclass StringField(Field):    def __init__(self, db_column=None):        super().__init__(db_column)class IntegerField(Field):    def __init__(self, db_column=None):        super().__init__(db_column)class User(Model):    name = StringField(db_column='user_name')    age = IntegerField(db_column='user_age')    email = StringField(db_column='user_email')if __name__ == '__main__':    user = User(name='Tantianran', age=31, email='ttr@bbgops.com')    user.save()

在上述代码中，应用元类ModelMetaClass动静地创立类，并依据类属性定义生成相应的数据库表构造和SQL语句。具体地，元类会通过类属性__mappings__、__fields__和__table__来生成相应的ORM映射关系和SQL语句。应用这种形式，咱们能够在不写反复代码的状况下，轻松地创立一个简略的ORM框架，并实现对象到关系数据库的映射。

  1. 应用元类实现单例模式
class Singleton(type):    _instances = {}    def __call__(cls, *args, **kwargs):        if cls not in cls._instances:            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)        return cls._instances[cls]class MyClass(metaclass=Singleton):    pass

在这个示例中，咱们定义了一个元类 Singleton，它保护了一个 _instances 字典来保留曾经创立的实例。在元类的 call 办法中，咱们查看以后类是否曾经存在于 _instances 字典中，如果不存在，就应用 super().call 办法创立一个新的实例，并将其保留到 _instances 字典中，最初返回该实例。这样，无论咱们创立多少个 MyClass 类的实例，都只会失去同一个实例。

  1. 应用元类实现装璜器
class my_decorator(object):    def __init__(self, func):        self.func = func    def __call__(self, *args, **kwargs):        print("Before the function is called.")        self.func(*args, **kwargs)        print("After the function is called.")class Myclass(object):    @my_decorator    def my_method(self):        print("Hello world.")obj = Myclass()obj.my_method()

在这个示例中，咱们定义了一个装璜器类 my_decorator，它承受一个函数作为参数，并在函数调用前后输入一些信息。在类 Myclass 的 my_method 办法上应用 @my_decorator 装璜器，就相当于将 my_method 办法替换为一个新的办法，该新办法会在原来的办法前后输入信息。

  1. 应用元类实现办法缓存
class memoize(object):    def __init__(self, func):        self.func = func        self.cache = {}    def __call__(self, *args):        if args in self.cache:            return self.cache[args]        else:            value = self.func(*args)            self.cache[args] = value            return value@memoizedef fibonacci(n):    if n <= 1:        return n    else:        return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

在这个示例中，咱们定义了一个装璜器类 memoize，它承受一个函数作为参数，并应用一个字典来保留函数的输出和输入。在 call 办法中，咱们首先查看函数的输出是否曾经在字典中，如果是，则间接返回字典中对应的输入；否则，就调用原来的函数计算输入，并将输出和输入保留到字典中，最初返回输入。这样，如果咱们屡次调用带有 @memoize 装璜器的函数，对于雷同的输出，就只会计算一次，从而大大提高了性能。

  1. 应用元编程技术动静生成代码
class DynamicClass(type):    def __new__(mcs, name, bases, attrs):        # 增加属性        attrs['author'] = 'John Doe'        # 增加办法        def hello(self):            return f'Hello, I am {self.name}'        attrs['hello'] = hello        return super().__new__(mcs, name, bases, attrs)# 应用元类创立类MyClass = DynamicClass('MyClass', (), {'name': 'Alice'})# 拜访属性和办法print(MyClass.name) # 输入：Aliceprint(MyClass.author) # 输入：John Doeobj = MyClass()print(obj.hello()) # 输入：Hello, I am Alice

在下面的示例中，应用了元类DynamicClass来动态创建类，__new__办法在类创立时被调用，用来动静增加属性和办法。在这个例子中，咱们通过__new__办法向MyClass类中增加了一个author属性和一个hello办法。最初创立了MyClass类的一个实例，并调用了它的hello办法。

本文转载于WX公众号：不背锅运维（喜爱的盆友关注咱们）：https://mp.weixin.qq.com/s/t5vpBGAxeLoAqI_yM8WKjw