Python實現元類程式設計主要通過兩種方法：

• type函式
• metaclass元類

動態語言和靜態語言最大的不同，就是函式和類的定義，不是編譯時定義的，而是執行時動態建立的。

(一) type()函式

type(name, bases, attrs)

name：class的名稱；
bases：繼承的父類集合,以tuple形式傳入；
attrs：class的方法名稱與函式繫結，
注：通過type()函式建立的類和直接寫class是完全一樣的。當Python直譯器遇到class定義時，檢查class定義的語法，然後也是呼叫type()函式創建出class。

（1）建立class,沒有任何屬性：

User = type('User', (), {})
user = User()
type(user) # __main__.User

（2）建立class,附帶name屬性,其中屬性是屬於類的：

User = type('User', (), {'name':'apple'})
user = User()
user.__dict__ # {}
User.__dict__ # 輸出結果見下圖：

（3）建立class,附帶name屬性和say()方法,其中屬性和方法都是屬於類的：

def say(self, content='world'):
    print('Hello', content)
 

    
User = type('User', (), {'name':'apple', 'say':say})
user = User()
user.say() # Hello world
user.__dict__ # {}
User.__dict__ # 輸出見下圖：

(二) metaclass 建立類

type()可以實現動態建立類，但是要控制類的建立行為，需要使用metaclass。metaclass直譯為元類，元類是用來定義類的，metaclass必須繼承type。先定義metaclass，然後建立class，最後class類建立例項。

利用metaclass建立類，需要用到 __new__魔術方法，new魔法方法是在init方法之前呼叫的，其引數如下：

1. 當前準備建立的類cls；
2. 類的名字；
3. 類繼承的父類集合；
4. 類的方法集合

class Person(type):
    def __new__(cls, name, bases, attrs, **kwargs):
        return type.__new__(cls, name, bases, attrs, **kwargs) 
        # 此處的type，也可以用super()來代替
        #return super().__new__(cls, name, bases, attrs, **kwargs)

# 使用metaclass建立類，需要引數metaclass=Person
class User(metaclass=Person):
    def __init__(self, name):
        self.name = name
        super().__init__()
    def __str__(self):
        return self.name
    
user = User('apple')
user.name # 'apple'

使用Metaclass自定義簡單的ORM

1. IntField和CharField屬於資料屬性描述符。
2. ModelMetaClass是定義的元類，必須繼承type，new函式呼叫type建立並返回建立的類。
3. BaseModel引數中需要使用metaclass指定ModelMetaClass元類。
4. User 繼承BaseModel，執行時BaseModel和User兩個類先後根據元類ModelMetaClass被動態建立。
5. new方法是在init方法之前被呼叫，new方法用於建立類，init方法使用者初始化類的物件例項。

import numbers


class Field:
    """Field類"""
    pass


class IntField(Field):
    """IntField資料描述符, 內部自定義檢查條件"""

    def __init__(self, db_column, max_value=None):
        self._value = None
        self.db_column = db_column
        if max_value < 0:
            raise ValueError('max_value must be a positive number')
        self.max_length = max_value

    def __get__(self, instance, owner):
        return self._value

    def __set__(self, instance, value):
        if not isinstance(value, numbers.Integral):
            raise ValueError("int value need")
        self._value = value


class CharField(Field):
    """CharField資料描述符, 自定義檢查條件"""

    def __init__(self, db_column, max_length=None):
        self._value = None
        self.db_column = db_column
        if max_length is None:
            raise ValueError('max_length is needed')
        self.max_length = max_length

    def __get__(self, instance, owner):
        return self._value

    def __set__(self, instance, value):
        if not isinstance(value, str):
            raise ValueError("string value need")
        self._value = value


class ModelMetaClass(type):
    """MetaClass元類"""
    def __new__(cls, name, bases, attrs, **kwargs):
        if name == "BaseModel":
            return super().__new__(cls, name, bases, attrs, **kwargs)
        fields = {}
        for key, value in attrs.items():
            if isinstance(value, Field):
                fields[key] = value
        attrs_meta = attrs.get("Meta", None)
        _meta = {}
        db_table = name.lower()
        if attrs_meta is not None:
            table = getattr(attrs_meta, "db_table", None)
            if table is not None:
                db_table = table
        _meta["db_table"] = db_table
        attrs["_meta"] = _meta
        attrs["fields"] = fields
        del attrs["Meta"]
        # 最後需要建立並返回一個物件,通過type(super())
        return super().__new__(cls, name, bases, attrs, **kwargs)


class BaseModel(metaclass=ModelMetaClass):
    def __init__(self, **kwargs):
        for key, value in kwargs.items():
            setattr(self, key, value)
        super().__init__()

    def save(self):
        fields = []
        values = []
        for key, value in self.fields.items():
            db_column = value.db_column
            if db_column is None:
                db_column = key.lower()
            fields.append(db_column)
            value = getattr(self, key)
            values.append(str(value))

        sql = "insert {db_table}({fields}) value({values})".format(db_table=self._meta["db_table"],
                                                                   fields=",".join(fields), values=",".join(values))
        pass


class User(BaseModel):
    """
    建立User類時，首先查詢引數中是否存在Metaclass元類,如果存在Metaclass元類,那麼由Metaclass元類建立User;如果User有繼承父類(如：BaseModel),那麼會從父類中查詢Metaclass,如果存在Metaclass元類,先建立父類BaseModel,然後再建立User類;如果User類引數中既沒有metaclass='',也沒有繼承父類(BaseModel)或者父類引數中沒有元類(metaclass='')，那麼User及其父類將由type(name, bases, attrs)建立。
    """
    # 類屬性同時是CharField和IntFiled的例項，被傳遞給type(name, bases, attrs)中的attrs。
    name = CharField(db_column="name", max_length=10)
    age = IntField(db_column="age", max_value=100)
	# 類屬性，被傳遞給type(name, bases, attrs)中的attrs。
    class Meta:
        db_table = "user"


if __name__ == "__main__":
    user = User(name="wahaha", age=18)
    print(user.name)
    # user.name = "wahaha"
    # user.age = 18
    user.save()
    pass