很多人不理解「元程式設計」是個什麼東西，關於它也沒有乙個十分準確的定義。這篇文章要說的是python裡的元程式設計，實際上也不一定就真的符合「元程式設計」的定義。只不過我無法找到乙個更準確的名字來代表這篇文章的主題，所以就借了這麼乙個名號。
副標題是控制你想控制的一切，實際上這篇文章講的都是乙個東西，利用python提供給我們的特性，盡可能的使**優雅簡潔。具體而言，通過程式設計的方法，在更高的抽象層次上對一種層次的抽象的特性進行修改。
首先說，python中一切皆物件，老生常談。還有，python提供了許多特殊方法、元類等等這樣的「元程式設計」機制。像給物件動態新增屬性方法之類的，在python中根本談不上是「元程式設計」，但在某些靜態語言中卻是需要一定技巧的東西。我們來談些python程式設計師也容易被搞糊塗的東西。
我們先來把物件分分層次，通常我們知道乙個物件有它的型別，老早以前python就將型別也實現為物件。這樣我們就有了例項物件和類物件。這是兩個層次。稍有基礎的讀者就會知道還有元類這個東西的存在，簡言之，元類就是「類」的「類」，也就是比類更高層次的東西。這又有了乙個層次。還有嗎？
如果我們換個角度，不用非得和之前的三個層次使用同樣的標準。我們再來區分兩個東西：importtime和runtime，它們之間也並非界限分明，顧名思義，就是兩個時刻，匯入時和執行時。
當乙個模組被匯入時，會發生什麼？在全域性作用域的語句（非定義性語句）被執行。函式定義呢？乙個函式物件被建立，但其中的**不會被執行。類定義呢？乙個類物件被建立，類定義域的**被執行，類的方法中的**自然也不會被執行。
執行時呢？函式和方法中的**會被執行。當然你要先呼叫它們。
所以我們可以說元類和類是屬於importtime的，import乙個模組之後，它們就會被建立。例項物件屬於runtime，單import是不會建立例項物件的。不過話不能說的太絕對，因為如果你要是在模組作用域例項化類，例項物件也是會被建立的。只不過我們通常把它們寫在函式裡面，所以這樣劃分。
如果你想控制產生的例項物件的特性該怎麼做？太簡單了，在類定義中重寫__init__方法。那麼我們要控制類的一些性質呢？有這種需求嗎？當然有！
經典的單例模式，大家都知道有很多種實現方式。要求就是，乙個類只能有乙個例項。
最簡單的實現方法是這樣的
class _spam:
def __init__(self):
print("spam!!！")
_spam_singleton =none
def spam():
global _spam_singleton
if _spam_singleton is not none:
return _spam_singleton
else:
_spam_singleton = _spam()
return _spam_singleton
**就可以寫出來了:
class singleton(type):
def __init__(self, *args, **kwargs):
self._instance = none
super().__init__(*args, **kwargs)
def __call__(self, *args, **kwargs):
if self._instance is none:
self._instance = super().__call__(*args, **kwargs)
return self._instance
else:
return self._instance
class spam(metaclass=singleton):
def __init__(self):
print("spam!!!")
我們再來說說裝飾器。大多數人認為裝飾器是python裡面最難理解的概念之一。其實它不過就是乙個語法糖，理解了函式也是物件之後。就可以很輕易的寫出自己的裝飾器了。
from functools import wraps
def print_result(func):
@wraps(func)
result = func(*args, **kwargs)
print(result)
return result
@print_result
def add(x, y):
return x + y
#相當於：
#add = print_result(add)
add(1, 3)
def attr_upper(cls):
for attrname,value in cls.__dict__.items():
if isinstance(value,str):
if not value.startswith('__'):
setattr(cls,attrname,bytes.decode(str.encode(value).upper()))
return cls
@attr_upper
class person:
*** = 'man'
print(person.***) # man
如果我們想讓某一些類擁有某些相同的特性，或者說可以實現在類定義對其的控制，我們可以自定義乙個元類，然後讓它成為這些類的元類。如果我們想讓某一些函式擁有某些相同的功能，又不想把**複製貼上一遍，我們可以定義乙個裝飾器。那麼，假如我們想讓例項的屬性擁有某些共同的特點呢？有人可能會說可以用property，當然可以。但是這些邏輯必須在每個類定義的時候都寫一遍。如果我們想讓這些類的例項的某些屬性都有相同的特點的話，就可以自定義乙個描述符類。
關於描述符，這篇文章講得很好，同時它還講解了描述符是怎麼隱藏在函式的背後，實現函式、方法的統一和不同的。這裡我們給出一些例子。
class typedfield:
def __init__(self, _type):
self._type = _type
def __get__(self, instance, cls):
if instance is none:
return self
else:
return getattr(instance, self.name)
def __set_name__(self, cls, name):
self.name = name
def __set__(self, instance, value):
if not isinstance(value, self._type):
raise typeerror('expected' + str(self._type))
instance.__dict__[self.name] = value
class person:
age = typedfield(int)
name = typedfield(str)
def __init__(self, age, name):
self.age = age
self.name = name
jack = person(15, 'jack')
jack.age = '15'
# 會報錯
在python3.6中，我們可以通過實現__init_subclass__特殊方法，來自定義子類的建立，這樣我們就可以在某些情況下擺脫元類這個討厭的東西。
class pluginbase:
subclasses =
def __init_subclass__(cls, **kwargs):
super().__init_subclass__(**kwargs)
class plugin1(pluginbase):
pass
class plugin2(pluginbase):
pass
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