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说说 Python 的元编程

       æåˆ°å…ƒè¿™ä¸ªå­—，你也许会想到元数据，元数据就是描述数据本身的数据，元类就是类的类，相应的元编程就是描述代码本身的代码，元编程就是关于创建操作源代码(比如修改、生成或包装原来的代码)的函数和类。主要技术是使用装饰器、元类、描述符类。

       æœ¬æ–‡çš„主要目的是向大家介绍这些元编程技术，并且给出实例来演示它们是怎样定制化源代码的行为。

       è£…饰器 装饰器就是函数的函数，它接受一个函数作为参数并返回一个新的函数，在不改变原来函数代码的情况下为其增加新的功能，比如最常用的计时装饰器：

from functools import wrapsdef timeit(logger=None):"""耗时统计装饰器，单位是秒，保留 4 位小数"""def decorator(func):@wraps(func)def wrapper(*args, **kwargs):start = time.time()result = func(*args, **kwargs)end = time.time()if logger:logger.info(f"{ func.__name__} cost { end - start :.4f} seconds")else:print(f"{ func.__name__} cost { end - start :.4f} seconds")return resultreturn wrapperreturn decorator

       (注：比如上面使用 @wraps(func) 注解是很重要的， 它能保留原始函数的元数据) 只需要在原来的函数上面加上 @timeit() 即可为其增加新的功能：

@timeit()def test_timeit():time.sleep(1)test_timeit()#test_timeit cost 1. seconds

       ä¸Šé¢çš„代码跟下面这样写的效果是一样的：

test_timeit = timeit(test_timeit)test_timeit()

       è£…饰器的执行顺序 当有多个装饰器的时候，他们的调用顺序是怎么样的？

       å‡å¦‚有这样的代码，请问是先打印 Decorator1 还是 Decorator2 ?

from functools import wrapsdef decorator1(func):@wraps(func)def wrapper(*args, **kwargs):print('Decorator 1')return func(*args, **kwargs)return wrapperdef decorator2(func):@wraps(func)def wrapper(*args, **kwargs):print('Decorator 2')return func(*args, **kwargs)return wrapper@decorator1@decorator2def add(x, y):return x + yadd(1,2)# Decorator 1# Decorator 2

       å›žç­”这个问题之前，我先给你打个形象的比喻，装饰器就像函数在穿衣服，离它最近的最先穿，离得远的最后穿，上例中 decorator1 是外套，decorator2 是内衣。

       add = decorator1(decorator2(add))

       åœ¨è°ƒç”¨å‡½æ•°çš„时候，就像脱衣服，先解除最外面的 decorator1，也就是先打印 Decorator1，执行到 return func(

       args, kwargs) 的时候会去解除 decorator2，然后打印 Decorator2，再次执行到 return func(

       args, kwargs) 时会真正执行 add() 函数。

       éœ€è¦æ³¨æ„çš„是打印的位置，如果打印字符串的代码位于调用函数之后，像下面这样，那输出的结果正好相反：

def decorator1(func):@wraps(func)def wrapper(*args, **kwargs):result = func(*args, **kwargs)print('Decorator 1')return resultreturn wrapperdef decorator2(func):@wraps(func)def wrapper(*args, **kwargs):result = func(*args, **kwargs)print('Decorator 2')return resultreturn wrapper

       è£…饰器不仅可以定义为函数，也可以定义为类，只要你确保它实现了__call__() 和 __get__() 方法。

       å…ƒç±» Python 中所有类（object）的元类，就是 type 类，也就是说 Python 类的创建行为由默认的 type 类控制，打个比喻，type 类是所有类的祖先。我们可以通过编程的方式来实现自定义的一些对象创建行为。

       å®šä¸€ä¸ªç±»ç»§æ‰¿ type ç±» A，然后让其他类的元类指向 A，就可以控制 A 的创建行为。典型的就是使用元类实现一个单例：

class Singleton(type):def __init__(self, *args, **kwargs):self._instance = Nonesuper().__init__(*args, **kwargs)def __call__(self, *args, **kwargs):if self._instance is None:self._instance = super().__call__(*args, **kwargs)return self._instanceelse:return self._instanceclass Spam(metaclass=Singleton):def __init__(self):print("Spam!!!")

       å…ƒç±» Singleton 的__init__和__new__ 方法会在定义 Spam 的期间被执行，而 __call__方法会在实例化 Spam 的时候执行。

       descriptor 类（描述符类）

       descriptor 就是任何一个定义了 __get__()，__set__()或 __delete__()的对象，描述器让对象能够自定义属性查找、存储和删除的操作。这里举官方文档[1]一个自定义验证器的例子。

       å®šä¹‰éªŒè¯å™¨ç±»ï¼Œå®ƒæ˜¯ä¸€ä¸ªæè¿°ç¬¦ç±»ï¼ŒåŒæ—¶è¿˜æ˜¯ä¸€ä¸ªæŠ½è±¡ç±»ï¼š

from abc import ABC, abstractmethodclass Validator(ABC):def __set_name__(self, owner, name):self.private_name = '_' + namedef __get__(self, obj, objtype=None):return getattr(obj, self.private_name)def __set__(self, obj, value):self.validate(value)setattr(obj, self.private_name, value)@abstractmethoddef validate(self, value):pass

       è‡ªå®šä¹‰éªŒè¯å™¨éœ€è¦ä»Ž Validator 继承，并且必须提供 validate() 方法以根据需要测试各种约束。

       è¿™æ˜¯ä¸‰ä¸ªå®žç”¨çš„数据验证工具：

       OneOf 验证值是一组受约束的选项之一。

class OneOf(Validator):def __init__(self, *options):self.options = set(options)def validate(self, value):if value not in self.options:raise ValueError(f'Expected { value!r} to be one of { self.options!r}')

       Number 验证值是否为 int 或 float。根据可选参数，它还可以验证值在给定的最小值或最大值之间。

class Number(Validator):def __init__(self, minvalue=None, maxvalue=None):self.minvalue = minvalueself.maxvalue = maxvaluedef validate(self, value):if not isinstance(value, (int, float)):raise TypeError(f'Expected { value!r} to be an int or float')if self.minvalue is not None and value < self.minvalue:raise ValueError(f'Expected { value!r} to be at least { self.minvalue!r}')if self.maxvalue is not None and value > self.maxvalue:raise ValueError(f'Expected { value!r} to be no more than { self.maxvalue!r}')

       String 验证值是否为 str。根据可选参数，它可以验证给定的最小或最大长度。它还可以验证用户定义的 predicate。

class String(Validator):def __init__(self, minsize=None, maxsize=None, predicate=None):self.minsize = minsizeself.maxsize = maxsizeself.predicate = predicatedef validate(self, value):if not isinstance(value, str):raise TypeError(f'Expected { value!r} to be an str')if self.minsize is not None and len(value) < self.minsize:raise ValueError(f'Expected { value!r} to be no smaller than { self.minsize!r}')if self.maxsize is not None and len(value) > self.maxsize:raise ValueError(f'Expected { value!r} to be no bigger than { self.maxsize!r}')if self.predicate is not None and not self.predicate(value):raise ValueError(f'Expected { self.predicate} to be true for { value!r}')

       å®žé™…应用时这样写：

@timeit()def test_timeit():time.sleep(1)test_timeit()#test_timeit cost 1. seconds0

       æè¿°å™¨é˜»æ­¢æ— æ•ˆå®žä¾‹çš„创建：

@timeit()def test_timeit():time.sleep(1)test_timeit()#test_timeit cost 1. seconds1

       æœ€åŽçš„话 关于 Python 的元编程，总结如下：

       å¦‚果希望某些函数拥有相同的功能，希望不改变原有的调用方式、不写重复代码、易维护，可以使用装饰器来实现。

       å¦‚果希望某一些类拥有某些相同的特性，或者在类定义实现对其的控制，我们可以自定义一个元类，然后让它类的元类指向该类。

       å¦‚果希望实例的属性拥有某些共同的特点，就可以自定义一个描述符类。

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