python——type()、metaclass元类和精简ORM框架

1、type（）函数

#type()函数既可以返回一个对象的类型，又可以创建出新的类型，  
# 比如，我们可以通过type()函数创建出Hello类，而无需通过class Hello(object)...的定义：  
  
def fn(self,name='world'):  #先定义函数  
    print('Hello, %s.'%name)  
#开始用type()  
hello = type('Hello',(object,),dict(hello=fn))  # 创建Hello class  
#要创建一个class对象，type()函数依次传入3个参数：  
#class的名称；  
#继承的父类集合，注意Python支持多重继承，如果只有一个父类，别忘了tuple的单元素写法；  
#class的方法名称与函数绑定，这里我们把函数fn绑定到方法名hello上。

#type()函数既可以返回一个对象的类型，又可以创建出新的类型，
# 比如，我们可以通过type()函数创建出Hello类，而无需通过class Hello(object)...的定义：

def fn(self,name='world'):  #先定义函数
    print('Hello, %s.'%name)
#开始用type()
hello = type('Hello',(object,),dict(hello=fn))  # 创建Hello class
#要创建一个class对象，type()函数依次传入3个参数：
#class的名称；
#继承的父类集合，注意Python支持多重继承，如果只有一个父类，别忘了tuple的单元素写法；
#class的方法名称与函数绑定，这里我们把函数fn绑定到方法名hello上。

if __name__ == '__main__':  
    h = hello()  
    h.hello()  
    print(type(hello))  
    print(type(h))  

if __name__ == '__main__':
    h = hello()
    h.hello()
    print(type(hello))
    print(type(h))

Hello, world.  
<class 'type'>  
<class '__main__.Hello'>  

Hello, world.
<class 'type'>
<class '__main__.Hello'>

2、metaclass元类

#metaclass   元类   metaclass允许你创建类或者修改类  
class Listmetaclass(type):  
    def __new__(cls, name,bases,attrs):  
        attrs['add'] = lambda self,value:self.append(value) #增加了add（）方法  
        return type.__new__(cls,name,bases,attrs)  
class MyList(list,metaclass=Listmetaclass):  
    pass  
#__new__()方法接收到的参数依次是：  
  
#1、当前准备创建的类的对象；  
#2、类的名字；  
#3、类继承的父类集合；  
#4、类的方法集合。  
  
  
#元类一般情况不常用，但总会遇到需要通过metaclass修改类定义的。ORM就是一个典型的例子。  
#ORM全称“Object Relational Mapping”，即对象-关系映射，就是把关系数据库的一行映射为一个对象，  
# 也就是一个类对应一个表，这样，写代码更简单，不用直接操作SQL语句。  
#要编写一个ORM框架，所有的类都只能动态定义，因为只有使用者才能根据表的结构定义出对应的类来。

#metaclass   元类   metaclass允许你创建类或者修改类
class Listmetaclass(type):
    def __new__(cls, name,bases,attrs):
        attrs['add'] = lambda self,value:self.append(value) #增加了add（）方法
        return type.__new__(cls,name,bases,attrs)
class MyList(list,metaclass=Listmetaclass):
    pass
#__new__()方法接收到的参数依次是：

#1、当前准备创建的类的对象；
#2、类的名字；
#3、类继承的父类集合；
#4、类的方法集合。


#元类一般情况不常用，但总会遇到需要通过metaclass修改类定义的。ORM就是一个典型的例子。
#ORM全称“Object Relational Mapping”，即对象-关系映射，就是把关系数据库的一行映射为一个对象，
# 也就是一个类对应一个表，这样，写代码更简单，不用直接操作SQL语句。
#要编写一个ORM框架，所有的类都只能动态定义，因为只有使用者才能根据表的结构定义出对应的类来。

if __name__ == '__main__':  
    L = MyList()  
    L.add(2)  #增加了add（）方法  
    L.add(3)  
    print(L)  

if __name__ == '__main__':
    L = MyList()
    L.add(2)  #增加了add（）方法
    L.add(3)
    print(L)

[2, 3]

3、精简ORM框架

#开始编写ORM框架  
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)  
  
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')  
#下一步，就是编写最复杂的ModelMetaclass了：  
class ModelMetaclass(type):  
    def __new__(cls, name,bases,attrs):  
        if name == 'Model':  #排除掉对Model类的修改；  
            return type.__new__(cls,name,bases,attrs)  
        print('Found Model: %s'%name)  
        mappings = dict()  
        for k,v in attrs.items(): #查找定义的类的所有属性，  
            if isinstance(v,Field): #如果找到一个Field属性，  
                print('Found mapping: %s ==> %s' % (k, v))  
                mappings[k] = v  #就把它保存到一个__mappings__的dict中  
        for k in mappings.keys():  
            attrs.pop(k)  #同时从类属性中删除该Field属性，否则，容易造成运行时错误（实例的属性会遮盖类的同名属性）；  
        attrs['__mappings__'] = mappings # 保存属性和列的映射关系  
        attrs['__table__'] = name  # 假设表名和类名一致  把表名保存到__table__中  
        return type.__new__(cls,name,bases,attrs)  
  
#基类Model  
class Model(dict,metaclass=ModelMetaclass):  
    def __init__(self,**kw):  
        super(Model,self).__init__(**kw)  
    def __getattr__(self, item):  #没有找到的属性，就在这里找  
        try:  
            return self[item]  
        except KeyError:  
            raise AttributeError(r"'Model' object has no attrs :'%s'"%item)  
  
    def __setattr__(self, key, value):  
        self[key] = value  
  
    def save(self):  
        fields = []  
        params = []  
        args = []  
        for k,v in self.__mappings__.items():  
            fields.append(v.name)  
            params.append('?')  
            args.append(getattr(self,k,None))  
        sql = 'insert into %s (%s) values (%s)' % (self.__table__, ','.join(fields), ','.join(params))  
        print('SQL: %s' % sql)  
        print('ARGS: %s' % str(args))  
  
#子类User  
# 定义类的属性到列的映射：  
class User(Model):  
    id = IntegerField('id')  
    name = StringField('username')  
    email = StringField('email')  
    password = StringField('password')  
    age = IntegerField('age')  

#开始编写ORM框架
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)

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')
#下一步，就是编写最复杂的ModelMetaclass了：
class ModelMetaclass(type):
    def __new__(cls, name,bases,attrs):
        if name == 'Model':  #排除掉对Model类的修改；
            return type.__new__(cls,name,bases,attrs)
        print('Found Model: %s'%name)
        mappings = dict()
        for k,v in attrs.items(): #查找定义的类的所有属性，
            if isinstance(v,Field): #如果找到一个Field属性，
                print('Found mapping: %s ==> %s' % (k, v))
                mappings[k] = v  #就把它保存到一个__mappings__的dict中
        for k in mappings.keys():
            attrs.pop(k)  #同时从类属性中删除该Field属性，否则，容易造成运行时错误（实例的属性会遮盖类的同名属性）；
        attrs['__mappings__'] = mappings # 保存属性和列的映射关系
        attrs['__table__'] = name  # 假设表名和类名一致  把表名保存到__table__中
        return type.__new__(cls,name,bases,attrs)

#基类Model
class Model(dict,metaclass=ModelMetaclass):
    def __init__(self,**kw):
        super(Model,self).__init__(**kw)
    def __getattr__(self, item):  #没有找到的属性，就在这里找
        try:
            return self[item]
        except KeyError:
            raise AttributeError(r"'Model' object has no attrs :'%s'"%item)

    def __setattr__(self, key, value):
        self[key] = value

    def save(self):
        fields = []
        params = []
        args = []
        for k,v in self.__mappings__.items():
            fields.append(v.name)
            params.append('?')
            args.append(getattr(self,k,None))
        sql = 'insert into %s (%s) values (%s)' % (self.__table__, ','.join(fields), ','.join(params))
        print('SQL: %s' % sql)
        print('ARGS: %s' % str(args))

#子类User
# 定义类的属性到列的映射：
class User(Model):
    id = IntegerField('id')
    name = StringField('username')
    email = StringField('email')
    password = StringField('password')
    age = IntegerField('age')

当用户定义一个class User(Model)时，Python解释器首先在当前类User的定义中查找metaclass，如果没有找到，就继续在父类Model中查找metaclass，找到了，就使用Model中定义的metaclass的ModelMetaclass来创建User类，也就是说，metaclass可以隐式地继承到子类，但子类自己却感觉不到。

在ModelMetaclass中，一共做了几件事情：

排除掉对Model类的修改；
在当前类（比如User）中查找定义的类的所有属性，如果找到一个Field属性，就把它保存到一个__mappings__的dict中，同时从类属性中删除该Field属性，否则，容易造成运行时错误（实例的属性会遮盖类的同名属性）；
把表名保存到__table__中，这里简化为表名默认为类名。

在Model类中，就可以定义各种操作数据库的方法，比如save()，delete()，find()，update等等。

我们实现了save()方法，把一个实例保存到数据库中。因为有表名，属性到字段的映射和属性值的集合，就可以构造出INSERT语句。

编写代码试试：

if __name__ == '__main__':  
    u = User(id = 12345,name = 'john',email = '[email protected]',password = '666666')  
    u.age = 12  
    u.save()  

if __name__ == '__main__':
    u = User(id = 12345,name = 'john',email = '[email protected]',password = '666666')
    u.age = 12
    u.save()

Found Model: User  
Found mapping: id ==> <IntegerField:id>  
Found mapping: name ==> <StringField:username>  
Found mapping: email ==> <StringField:email>  
Found mapping: password ==> <StringField:password>  
Found mapping: age ==> <IntegerField:age>  
SQL: insert into User (id,username,email,password,age) values (?,?,?,?,?)  
ARGS: [12345, 'john', '[email protected]', '666666', 12]  

Found Model: User
Found mapping: id ==> <IntegerField:id>
Found mapping: name ==> <StringField:username>
Found mapping: email ==> <StringField:email>
Found mapping: password ==> <StringField:password>
Found mapping: age ==> <IntegerField:age>
SQL: insert into User (id,username,email,password,age) values (?,?,?,?,?)
ARGS: [12345, 'john', '[email protected]', '666666', 12]

即User类中做好了到列的映射的类属性，都能添加到sql语句中，而未做好了到列的映射的类属性：如height，则会过滤掉，实现数据库列的字段的高度可定制

if __name__ == '__main__':  
    u = User(id = 12345,name = 'john',email = '[email protected]',password = '666666',height = 180)  
    # u.age = 12  
    u.save()  

if __name__ == '__main__':
    u = User(id = 12345,name = 'john',email = '[email protected]',password = '666666',height = 180)
    # u.age = 12
    u.save()

Found Model: User  
Found mapping: id ==> <IntegerField:id>  
Found mapping: name ==> <StringField:username>  
Found mapping: email ==> <StringField:email>  
Found mapping: password ==> <StringField:password>  
Found mapping: age ==> <IntegerField:age>  
SQL: insert into User (id,username,email,password,age) values (?,?,?,?,?)  
ARGS: [12345, 'john', '[email protected]', '666666', None]  


Found Model: User
Found mapping: id ==> <IntegerField:id>
Found mapping: name ==> <StringField:username>
Found mapping: email ==> <StringField:email>
Found mapping: password ==> <StringField:password>
Found mapping: age ==> <IntegerField:age>
SQL: insert into User (id,username,email,password,age) values (?,?,?,?,?)
ARGS: [12345, 'john', '[email protected]', '666666', None]

即使在初始化的时候传进了height参数，依然会被过滤掉，而定义好了到列的映射的类属性age,即使没有赋值，也会被默认为None，并添加到数据库中。

注：可以看到， save()方法已经打印出了可执行的SQL语句，以及参数列表，只需要真正连接到数据库，执行该SQL语句，就可以完成真正的功能。下面入库操作，还有剩下的删改查操作可自行解决。