什麼是類超程式設計

類超程式設計是指動態地建立或定製類，也就是在執行時根據不同的條件生成符合要求的類，一般來說，類超程式設計的主要方式有類工廠函式，類裝飾器和元類。

建立類的另一種方式

通常，我們都是使用 class 關鍵字來宣告一個類，像這樣：

class A:
    name = 'A'

但是，我們還有另外一種方式來生成我們的類，下述程式碼與上面作用相同：

A = type('A', (object,), {'name': 'A'})

一般情況下我們把 type 視作函式，呼叫 type(obj) 來獲取 obj 物件所屬的類。然而，type 是一個類（或者說，元類，後面會介紹），傳入三個引數（類名，父類元組，屬性列表）便可以新建一個類。至於類如何像函式一樣使用，只需要實現 __call__

類工廠函式

在Python中，類是一等物件，因此任何時候都可以使用函式建立類，而無需使用 class 關鍵字。

通常，我們定義一個類需要用到 class 關鍵字，比如一個簡單的 Dog 類：

class Dog:
    def __init__(self, name, age, owner):
        self.name = name
        self.age = age
        self.owner = owner

這樣一個簡單的類，我們將每個欄位的名字都寫了三遍，並且想要獲得友好的字串表示形式還得再次編寫 __str__ 或者 __repr__

Dog = create_class('Dog', 'name age owner')

實現這樣的工廠函式的思路也很簡單，切分出屬性名後呼叫 type 新建類並返回即可：

def create_class(name, fields):

    # 物件的屬性元組
    fields = tuple(fields.replace(',', ' ').split())
    
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        # {屬性名:初始化值}
        attrs = dict(zip(self.__slots__, args))
        # 關鍵字引數
        attrs.update(kwargs)
        for name, value in attrs.items():
            # 相當於 self.name = value
            setattr(self, name, value)

    def __repr__(self):
        values = []
        for i in self.__slots__:
            # {屬性名=屬性值}
            values.append(f'{i}={getattr(self, i)}')
        values = ', '.join(values)
        return f'{self.__class__.__name__}({values})'

    class_attrs = {
        '__slots__': fields,
        '__init__': __init__,
        '__repr__': __repr__
        }
    return type(name, (object,), class_attrs)
 

利用這樣的類工廠函式可以很方便的創建出類似Dog的簡單類，並且擁有了友好的字串表示形式：

>>> Dog = create_class('Dog', 'name age owner')
>>> dog = Dog('R', 2, 'assassin')
>>> dog
Dog(name=R, age=2, owner=assassin)

類裝飾器

類裝飾器也是函式，與一般的裝飾器不同的是引數為類，用來審查，修改，甚至把被裝飾的類替換成其他類。讓我們寫一個給類新增 cls_name 屬性的裝飾器吧：

def add_name(cls):
    setattr(cls, 'cls_name', cls.__name__)
    return cls

@add_name
class Dog:
    def __init__(self, name, age, owner):
        self.name = name
        self.age = age
        self.owner = owner

利用類裝飾器可以對傳入的類做各種修改以達到使用需求。類裝飾器的缺點就是隻對直接依附的類有效，這意味著子類有可能繼承也有可能不繼承被裝飾效果，這取決於裝飾器中所做的改動。

元類

除非開發框架，否則不要編寫元類——然而，為了尋找樂趣，或者練習相關概念，可以這麼做。

——《流暢的Python》

一句話理解，元類就是用於構建類的類。

預設情況下，類都是 type 的例項，也就是說， type 是大多數內建類和自定義類的元類。 type 是一個神奇的存在，它是自身的例項，而在 type 和 object 之間，type 是 object 的子類，object 是 type 的例項。

這些神奇的關係可以不用關注，編寫元類一定要明白的是：所有類都是 type 的例項，但只有元類同時還是 type 的子類，所以元類從 type 繼承了構建類的能力，這就是我們編寫元類的依據，具體來說，元類通過實現 __init__ 和 __new__ 方法來定製類，他們的區別如下：

__init__ 被稱為構造方法是從其他語言借鑑過來的術語，其實用於構建例項的是 __new__ 這是個特殊處理的類方法，必須返回一個例項，作為第一個引數傳給 __init__ 方法，而 __init__ 禁止返回任何值，所以其實應該是“初始化方法”。從 __new__ 到 __init__ 並不是必須的，因為 __new__ 方法非常強大，甚至可以返回其他例項，這時候不會呼叫 __init__ 方法。

所以，一般情況下我們想利用元類來對類進行審查，修改屬性時實現 __init__ 方法即可，而如果需要根據已有類構造新類時就需要實現 __new__ 方法。

元類最常用在框架中，例如 ORM 就會用到元類，當我們宣告一個類並使用了框架提供的元類時，元類會做這些事：

• 讀取使用者類名作為表名

• 建立屬性名和列名的對映關係

• 在 __new__ 方法中建立新的類，儲存有表名和屬性與列的對映關係

ORM 元類的編寫比較複雜，我以另外一個例子說明元類的使用方法。在《Python3網路爬蟲開發實戰》一書代理池的例子中，我們需要實現一個爬蟲類來爬取各個代理網站的代理，這個類的結構是這樣的：

class Crawler():
    def get_proxies(self, crawl_func):
        '''執行指定方法來獲取代理'''
        pass
    
    def crawl_1(self):
        '''爬取網站1的資料'''
        pass
    
    def crawl_2(self):
        '''爬取網站2的資料'''
        pass

我們在爬蟲類中定義了一系列針對各個網站的爬取方法，並定義了一個 get 方法來爬取指定的網站，我們希望可以隨時新增可爬取的網站，只需要新增以 crawl_ 開頭的方法。要實現這樣的功能，很明顯這樣是不夠的，因為我們不知道一共有哪些 crawl_ 開頭的爬取方法，如果再用另外的方式手動記錄又很麻煩，並且有忘記更新記錄的隱患存在。學習了元類後，我們可以很輕鬆的在爬蟲類中新增屬性來自動記錄其中的爬取方法，像下面這樣：

class ProxyMetaClass(type):
    '''元類，初始化類時記錄所有以crawl_開頭的方法'''
    
    # 第一個引數為元類的例項，後面三個與 type 用到的三個引數相同
    def __init__(cls, name, bases, attrs):
        count = 0
        crawl_funcs = []
        for k, _ in attrs.items():
            if 'crawl_' in k:
                crawl_funcs.append(k)
                count += 1
        # 新增屬性
        cls.crawl_func_count = count
        cls.crawl_funcs = crawl_funcs


# 爬蟲類，指定元類後會自動呼叫元類進行構建
class Crawler(metaclass=ProxyMetaClass):
    def get_proxies(self, crawl_func):
        '''執行指定方法來獲取代理'''
        pass

    def crawl_1(self):
        '''爬取網站1的資料'''
        pass
    
    def crawl_2(self):
        '''爬取網站2的資料'''
        pass

這樣後面工作的時候就可以呼叫 crawler.crawl_funcs 獲取所有的 func 然後按個呼叫 crawler.get_proxies(func) 進行爬取。

最後，元類功能強大但是難以掌握，類裝飾器能以更簡單的方式解決很多問題，比如上面這個需求，使用類裝飾器也可以很輕鬆的辦到(¬‿¬)。