python元编程详解

一、元编程的概念

元编程依赖于python的一个叫做元类的概念。元类就是当你的某段代码在被执行的过程中，另外一段代码同时在被执行。维基百科上说的很好，在面向对象编程中，元类的实例还是类。

当我们定义一个类时，该类的对象都是由这个类来创建。但是类本身呢？类又是由什么来创建的呢？

这个问题就引申出元类的概念了，元类可以为其他类定义属性。举个例子，下面这段代码为每个类添加了一个hello属性，而这些类都是由定义的元类创建。也就是说，这些类都会有一个hello的属性，并不需要他们自己去定义。

运行上面的代码，得到下面的结果:

我们可以看到，我们并没有在TryHello里面定义hello的方法，但是这个方法被自动执行了。因为TryHello使用了HelloMeta作为元类，所以在调用hello方法时，没有发生错误。所以，通过上面的例子，我们可以想到，我们可以使用元类为由元类创建的类自动新增一些方法。所以，元类的一个好处就是，在你还没有意识到的时候，神奇的事情就发生了。

下面这些框架就很好的使用到了元类，他们帮助你在编程过程中，书写更少的代码。

Django

SQLAlchemy

Flask

Theano

二、理解元类到底是怎么工作的

要搞清楚元类的概念，首先要弄懂python的type的概念。请看下面的代码示例：

可以看到，day的类型是str，字符串类型，我们可以使用内置的type()方法来查看对象的类型

1、查看类的类型

我们知道"Sunday"的类型是字符串类型str，那str又是什么类型呢？

通过上面的代码我们可以看到str的类型是type

2、<type>的类型

通过上面的代码我们可以看到type不仅仅是其他类型的元类，它也是它自己的元类

3、元类使用的特殊方法

type类型作为python的默认元类，定义了一些特殊的方法，这些方法可以被元类重写，将其定义成自己特有的方法，下面是这些魔术方法的一个清单：

__init__:初始化方法

__prepare__:定义类的命名空间

__call__:当新类被调用创建对象时被使用

三、元编程练习

1、练习一：使用装饰器

python中元编程被使用最广泛的一个位置就是装饰器，装饰器就是用来改变某个方法执行行为的一类方法。换句话说，装饰器就是以某个方法为输入，然后输出另外一个方法。举个例子如下：

执行结果如下：

从上面的代码可以看到，装饰器达到了元类的效果，而且比元类更加的简单。

2、练习二:使用元类

下面我们使用元类达到练习一的效果，大家可以对比一下

可以看到使用元类也同样达到了装饰器的效果。

四、元类的例子

1、例子一：实现一个类不能创建其子类

元编程最普遍的一个用法就是控制类的实例。比如，单例模式在很多地方被用到，一个单例类控制该类只能创建一个实例。下面的这个例子就是控制类的使用，我们使用元类限制该类被其他类继承。

通过上面的例子，我们可以看到当我们想要创建Final类的子类的时候发生了错误

2、例子二：创建一个记录执行时间的类

下面这段代码，使用了元类去记录代码的执行时间

通过上面的代码我们可以看到，每次使用Timed元类的时候，都会自动调用timer的工具类