Python探索之Metaclass初步了解

当python在执行带class语句的时候，会初始化一个类对象放在内存里面。例如这里会初始化一个Trick对象

这个对象(类)自身拥有创建对象(通常我们说的实例，但是在python中还是对象)的能力。

为了方便后续理解，我们可以先尝试一下在新式类中最古老厉害的关键字type。

input:
class Trick(object):
pass
print type('123')
print type(123)
print type(Trick())
output:
<type 'str'>
<type 'int'>
<class '__main__.Trick'>

可以看到能得到我们平时使用的 str, int, 以及我们初始化的一个实例对象Trick()

但是下面的方法你可能没有见过，type同样可以用来动态创建一个类

type(类名, 父类的元组（针对继承的情况，可以为空），包含属性的字典（名称和值）)

英文meta这个词其实是从希腊语里面借来的。wikipedia上的解释是：

indicate a concept which is an abstraction behind another concept, used to complete or add to the latter

不看还好，其实看了更晕。好在后面的解释有一句“更高一层的抽象”，可以帮助理解。 其实我们可以这样理解。meta的意思就是“关于什么的什么”：比如metadata可以理解为“关于数据的数据”，metaprogramming可以理解为“关于编程的编程”。这就和“更高一层的抽象” 比较契合了。同时又隐隐和编程中的另一个永恒主题-recursion联系在了一起。

另外，meta这个词天朝这边翻译成“元”，海峡对岸翻译成“后设”。其实我都不大理解从何而来。

元类一般用于创建类。在执行类定义时,解释器必须要知道这个类的正确的元类。解释器会先寻找类属性__metaclass__,如果此属性存在,就将这个属性赋值给此类作为它的元类。如果此属性没有定义,它会向上查找父类中的__metaclass__.如果还没有发现__metaclass__属性,解释器会检查名字为__metaclass__的全局变量,如果它存在,就使用它作为元类。否则, 这个类就是一个传统类,并用 types.ClassType 作为此类的元类。

在执行类定义的时候,将检查此类正确的(一般是默认的)元类,元类(通常)传递三个参数(到构造器): 类名,从基类继承数据的元组,和(类的)属性字典。

实例

聚焦到我们今天的主题，metaprogramming就是编写用来生成代码的代码。

假设我们写了一个NB的函数，用来计算一个任意复杂的算数表达式的值：

像1+2, 3*6+10, 什么的都可以交给它去计算。这样的函数的算法不是我们的主题，所以我们请出python自带的大招eval()，一行就可以搞定了：

def calc(expression):
  return eval(expression)

因为输入的可能性是无限的，所以我们肯定要好好测试一下这个函数了。假定我们想了 上百个test case。又假定我们是用unittest这个module来做测试的。这样的测试程序一般会长成这样：

import unittest
class TestStringMethods(unittest.TestCase):
  def test_upper(self):
    self.assertEqual('foo'.upper(), 'FOO')
  def test_isupper(self):
    self.assertTrue('FOO'.isupper())
    self.assertFalse('Foo'.isupper())
  def test_split(self):
    s = 'hello world'
    self.assertEqual(s.split(), ['hello', 'world'])
    # check that s.split fails when the separator is not a string
    with self.assertRaises(TypeError):
      s.split(2)
if __name__ == '__main__':
  unittest.main()

所以我们的目的就是用metaprogramming的方式来自动产生类似上面的测试类。

先上程序后解释：

#!/usr/bin/python3
import unittest
def calc(expression):
  return eval(expression)
def add_test(name, asserts):
  def test_method(asserts):
    def fn(self):
      left, right = asserts.split('=')
      expected = str(calc(left))
      self.assertEqual(expected, right)
    return fn
  d = {'test1': test_method(asserts)}
  cls = type(name, (unittest.TestCase,), d)
  globals()[name] = cls
if __name__ == '__main__':
  for i, t in enumerate([
      "1+2=3",
      "3*5*6=90"]):
    add_test("Test%d" % i, t)
  unittest.main()

NB的calc()函数我们解释过了。main这段也比较简单：我们用声明的方式定义了一组测试，然后通过unittest来执行。

有点复杂的是add_test()。我们先来看看最内层的fn(self)这个方法。逻辑上，它就是把输入的测试用例分成两份，一份是calc()的输入，一份是我们期待的结果；然后调用calc(), 接着用assertEqual()来测试。

但是这个self有点奇怪 – 这里没有类，哪里来的self"htmlcode">

cls = type(name, (unittest.TestCase,), d)

这里的type()就是通常我们用来检查某个变量的类型的那个函数。只不过它还有另外一种不大为人知的形式：

class type(name, bases, dict)

这第二种形式，就会产生一个新的类型。以我们的程序为例，就是以unit.TestCase为baseclass, 产生了一个名为TestN的新类型，改类型的实现由d给出，而d就包含了通过closure返回的fn(self)这个方法。只不过在这个新类里面，它的名字叫做 test1()。

最后，我们把这个新产生的类加入到当前全局符号表里面，也就相当于上面给出的unittest的例子。

所以，总结一下。当我们运行这个脚本的时候，这段比较短的代码会针对每一个测试的表达式产生一个新的测试类，并动态生成测试的方法加载到该类里面。unitest从globals中找到这些类并一一执行测试。

上面的例子中，其实一行一行手打calc(1+2) == 3也没什么大不了的。但是当你要表达的逻辑比较复杂的时候，metaprogramming的强大就体现出来了。

总结

那么，看完这篇文章，我们也成为Tim所说的1%的程序猿了！其实，也许他的意思是，99%的编程工作都用不到这样技巧。在一些特殊的场合，比如编写某种框架的时候，metaprogramming会做到事半功倍。祝你在实践中碰到这样的机会。

以上就是本文关于Python探索之Metaclass初步了解的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站：Python编程之Re模块下的函数介绍、python中模块的__all__属性详解等，如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持！