摘要：類元編程是指在運行時創建或定制類的技藝。注意在中做元編程時最好不要用和函數。三元類基礎知識元類是類元編程最高級的工具使用元類可以創建具有某種特質的全新變種，例如抽象基類。建議除非開發框架，否則不要在生產代碼中定義元類或抽象基類。

導語：本文章記錄了本人在學習Python基礎之元編程篇的重點知識及個人心得，打算入門Python的朋友們可以來一起學習并交流。

1、了解運行時創建類的方法——類工廠函數；
2、熟悉元類的基礎知識和使用場景；
3、了解元類的__prepare__的意義；
4、了解class的屬性以及Python解釋器如何處理導入的模塊。

類元編程是指在運行時創建或定制類的技藝。

類是一等對象，因此任何時候都可以使用函數新建類，而無需使用class關鍵字。

實例： 下面我們寫一個簡單的類工廠函數：

def record_factory(cls_name,field_names):
    try:
        field_names=field_names.replace(","," ").split()
    except AttributeError:
        pass
    field_names=tuple(field_names)#使用屬性名構建元組，這將成為新的__slots__。

    def __init__(self,*args,**kwards):#通過字典解析輸入數據，然后將值賦給新建的類的屬性。
        attrs=dict(zip(self.__slots__,args))
        attrs.update(kwards)
        for key,value in attrs.items():
            setattr(self,key,value)

    def __iter__(self):#迭代特殊方法的思想在于讓解釋器查詢到屬性對應的值。
        for name in self.__slots__:
            yield getattr(self,name)#實現迭代的方法在于：通過內置getattr方法獲取已經初始化的類屬性對應的值。
    def __repr__(self):#返回一個合適的字符串。
        msg=", ".join("{}={!r}".format(*i) for i in zip(self.__slots__,self))
        return "{}({})".format(self.__class__.__name__,msg)

    cls_attrs=dict(__slots__=field_names,
                   __init__=__init__,
                  __iter__=__iter__,
                   __repr__=__repr__)

    return type(cls_name,(object,),cls_attrs)#使用type構造方法構建新類并返回，注意object后的逗號很重要。
animal=record_factory("animal","name,age,price")
dog=animal("dog","Bob","1000")
print(dog)#構造animal實例對象
a,b,_=dog#可以實現預期的拆包賦值
print(a,b）

輸出：

animal(name="dog", age="Bob", price="1000")
dog Bob

type的三個參數：class type(name, bases, dict)
type最后一個參數是一個映射，指定新類的屬性名和值。

注意：在Python中做元編程時, 最好不要用 exec 和 eval 函數.。如果接接收的字符串來自不可信的源，這兩個函數會帶來嚴重的安全風險.

類裝飾器：本質上是高階函數，其參數是被裝飾的類，用于審查審查、修改、甚至把被裝飾的類替換成其他類。

類裝飾器的重大缺點：只對直接依附的類有效。即被裝飾的類的子類可能繼承也可能不繼承裝飾器所做的改動，具體情況視改動的方式而定。

元類：是類元編程最高級的工具：使用元類可以創建具有某種特質的全新變種，例如抽象基類。
功能：元類是創建類的類。
特點：

所有類都直接或間接地是type的實例，不過只有元類同時也是type的子類。

具體而言，元類可以通過實現__init__方法定制類。

為了避免無限回溯，type.__class是type，即type是自身的實例。

建議：除非開發框架，否則不要在生產代碼中定義元類或抽象基類。

實例：使用元類定制描述符

class EntityMeta(type):
    """Metaclass for business entities with validated fields"""

    def __init__(cls, name, bases, attr_dict):
        super().__init__(name, bases, attr_dict)  # 創建類對象。
        for key, attr in attr_dict.items():  # <2>
            if isinstance(attr, Validated):
                type_name = type(attr).__name__
                attr.storage_name = "_{}#{}".format(type_name, key)

class Entity(metaclass=EntityMeta):  # <3>
    """Business entity with validated fields"""

驗證屬性

一次把裝飾器依附到多個方法上

序列化對象或轉換數據

對象關系映射

基于對象的持久存儲

動態轉換使用其他語言編寫為所有類定義的方法

__prepare__的功能：知道類的屬性定義的順序。
使用場景：__prepare__只在元類中有用，而且必須聲明為類方法（即要使用@classmethod 裝飾器定義）。
參數要求：__prepare__方法的第一個參數是元類，隨后兩個參數分別是要構建的類的名稱和基類組成的元組， 返回值必須是映射。
工作原理：元類構建新類時，解釋器會先調用__prepare__ 方法，使用類定義體中的屬性創建映射。接著把__prepare__方法返回的映射會傳給__new__ 方法的最后一個參數，然后再傳給__init__ 方法。

實例：使用__prepare__

class EntityMeta(type):
    """Metaclass for business entities with validated fields"""

    @classmethod
    def __prepare__(cls, name, bases):
        return collections.OrderedDict()  # 返回一個空的 OrderedDict 實例，類屬性將存儲在里面。

    def __init__(cls, name, bases, attr_dict):
        super().__init__(name, bases, attr_dict)
        cls._field_names = []  # 中創建一個 _field_names 屬性
        for key, attr in attr_dict.items():
            if isinstance(attr, Validated):
                type_name = type(attr).__name__
                attr.storage_name = "_{}#{}".format(type_name, key)
                cls._field_names.append(key)

class Entity(metaclass=EntityMeta):
    """Business entity with validated fields"""

    @classmethod
    def field_names(cls):  # field_names 類方法的作用簡單：按照添加字段的順序產出字段的名稱
        for name in cls._field_names:
            yield name

在進程中首次導入模塊時，Python解釋器還會運行所導入模塊中的全部頂層代碼。以后導入相同的模塊則使用緩存，只做名稱綁定。

對函數而言，首次導入模塊時：解釋器會執行頂層的 def 語句，編譯函數的定義體，把函數對象綁定到對應的全局名稱上，但是顯然解釋器不會執行函數的定義體。通常這意味著解釋器在導入時定義頂層函數，但是僅當在運行時調用函數時才會執行函數的定義體。

對類而言，首次導入模塊時：解釋器會執行每個類的定義體，甚至會執行嵌套類的定義體。執行類定義體的結果是，定義了類的屬性和方法，并構建了類對象。從這個意義上理解，類的定義體屬于“頂層代碼”，因為它在導入時運行。

class除了除__mro__、__class__、和__name__之外還有以下屬性：

cls.__bases__：由類的基類組成的元組。

cls.__qualname__：其值是類或函數的限定名稱，即從模塊的全局作用域到類的點分路徑。

cls.__subclasses__()：這個方法返回一個列表，包含類的直接子類。其實現使用弱引用，防止超類和子類之間出現循環引用。這個方法返回的列表是內存里現存的子類。

cls.mro()：構建類時，如果需要獲取儲存在類屬性__mro__ 中的超類元組，解釋器會調用這個方法。元類可以覆蓋這個方法，定制要構建的類解析方法的順序。