正常情况下，当我们定义了一个class，创建了一个class的实例后，我们可以给该实例绑定任何属性和方法，这就是动态语言的灵活性。
class Student(object):
pass
然后，尝试给实例绑定一个属性：
>>> s = Student() >>> s.name = ‘Michael‘ # 动态给实例绑定一个属性
还可以尝试给实例绑定一个方法：
>>> def set_age(self, age): # 定义一个函数作为实例方法 ... self.age = age >>> from types import MethodType >>> s.set_age = MethodType(set_age, s) # 给实例绑定一个方法 >>> s.set_age(25) # 调用实例方法 >>> s.age # 测试结果
但是，给一个实例绑定的方法，对另一个实例是不起作用的：
>>> s2 = Student() # 创建新的实例 >>> s2.set_age(25) # 尝试调用方法 Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> AttributeError: ‘Student‘ object has no attribute ‘set_age‘
为了给所有实例都绑定方法，可以给class绑定方法：
>>> def set_score(self, score): ... self.score = score >>> Student.set_score = MethodType(set_score, Student)
给class绑定方法后，所有实例均可调用，通常情况下，上面的set_score方法可以直接定义在class中，但动态绑定允许我们在程序运行的过程中动态给class加上功能，这在静态语言中很难实现。
使用__slots__
但是，如果我们想要限制实例的属性怎么办？比如，只允许对Student实例添加name和age属性。
为了达到限制的目的，Python允许在定义class的时候，定义一个特殊的__slots__变量，来限制该class实例能添加的属性：
class Student(object):
__slots__ = (‘name‘, ‘age‘) # 用tuple定义允许绑定的属性名称
然后
>>> s = Student() # 创建新的实例 >>> s.name = ‘Michael‘ # 绑定属性‘name‘ >>> s.age = 25 # 绑定属性‘age‘ >>> s.score = 99 # 绑定属性‘score‘ Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> AttributeError: ‘Student‘ object has no attribute ‘score‘
由于‘score‘没有被放到__slots__中，所以不能绑定score属性，试图绑定score将得到AttributeError的错误。
使用__slots__要注意，__slots__定义的属性仅对当前类实例起作用，对继承的子类是不起作用的：
除非在子类中也定义__slots__，这样，子类实例允许定义的属性就是自身的__slots__加上父类的__slots__。
使用@property
在绑定属性时，如果我们直接把属性暴露出去，虽然写起来很简单，但是，没办法检查参数，导致可以把属性随便改
这显然不合逻辑。为了限制score的范围，可以通过一个set_score()方法来设置成绩，再通过一个get_score()来获取成绩，这样，在set_score()方法里，就可以检查参数：
class Student(object):
def get_score(self):
return self._score
def set_score(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise ValueError(‘score must be an integer!‘)
if value < 0 or value > 100:
raise ValueError(‘score must between 0 ~ 100!‘)
self._score = value
但是，这样调用又略显复杂，没有直接用属性这么直接简单。
有没有既能检查参数，又可以用类似属性这样简单的方式来访问类的变量呢？
还记得装饰器（decorator）可以给函数动态加上功能吗？对于类的方法，装饰器一样起作用。Python内置的@property装饰器就是负责把一个方法变成属性调用的：
class Student(object):
@property
def score(self):
return self._score
@score.setter
def score(self, value):
if not isinstance(value, int):
raise ValueError(‘score must be an integer!‘)
if value < 0 or value > 100:
raise ValueError(‘score must between 0 ~ 100!‘)
self._score = value
@property的实现比较复杂，我们先考察如何使用。把一个getter方法变成属性，只需要加上@property就可以了，此时，@property本身又创建了另一个装饰器@score.setter，负责把一个setter方法变成属性赋值，于是，我们就拥有一个可控的属性操作：
>>> s = Student() >>> s.score = 60 # OK，实际转化为s.set_score(60) >>> s.score # OK，实际转化为s.get_score()
注意到这个神奇的@property，我们在对实例属性操作的时候，就知道该属性很可能不是直接暴露的，而是通过getter和setter方法来实现的。
还可以定义只读属性，只定义getter方法，不定义setter方法就是一个只读属性：
class Student(object):
@property
def age(self):
return 2015 - self._birth
age就是一个只读属性，因为age可以根据birth和当前时间计算出来。
多重继承
class Bat(Mammal, Flyable):
pass
MixIn
在设计类的继承关系时，通常，主线都是单一继承下来的，例如，Ostrich继承自Bird。但是，如果需要“混入”额外的功能，通过多重继承就可以实现，比如，让Ostrich除了继承自Bird外，再同时继承Runnable。这种设计通常称之为MixIn。
为了更好地看出继承关系，我们把Runnable和Flyable改为RunnableMixIn和FlyableMixIn。类似的，你还可以定义出肉食动物CarnivorousMixIn和植食动物HerbivoresMixIn，让某个动物同时拥有好几个MixIn：
class Dog(Mammal, RunnableMixIn, CarnivorousMixIn):
pass
Python自带的很多库也使用了MixIn。举个例子，Python自带了TCPServer和UDPServer这两类网络服务，而要同时服务多个用户就必须使用多进程或多线程模型，这两种模型由ForkingMixIn和ThreadingMixIn提供。通过组合，我们就可以创造出合适的服务来。
比如，编写一个多进程模式的TCP服务，定义如下：
class MyTCPServer(TCPServer, ForkingMixIn):
pass
编写一个多线程模式的UDP服务，定义如下：
class MyUDPServer(UDPServer, ThreadingMixIn):
pass
这样一来，我们不需要复杂而庞大的继承链，只要选择组合不同的类的功能，就可以快速构造出所需的子类。
由于Python允许使用多重继承，因此，MixIn就是一种常见的设计。
__str__
看到类似__slots__这种形如__xxx__的变量或者函数名就要注意，这些在Python中是有特殊用途的。
__slots__我们已经知道怎么用了，__len__()方法我们也知道是为了能让class作用于len()函数。
除此之外，Python的class中还有许多这样有特殊用途的函数，可以帮助我们定制类。
直接显示变量调用的不是__str__()，而是__repr__()，两者的区别是__str__()返回用户看到的字符串，而__repr__()返回程序开发者看到的字符串，也就是说，__repr__()是为调试服务的。
解决办法是再定义一个__repr__()。但是通常__str__()和__repr__()代码都是一样的，所以，有个偷懒的写法：
class Student(object):
def __init__(self, name):
self.name = name
def __str__(self):
return ‘Student object (name=%s)‘ % self.name
__repr__ = __str__
__iter__
如果一个类想被用于for ... in循环，类似list或tuple那样，就必须实现一个__iter__()方法，该方法返回一个迭代对象，然后，Python的for循环就会不断调用该迭代对象的__next__()方法拿到循环的下一个值，直到遇到StopIteration错误时退出循环。
斐波那契数列:
class Fib(object):
def __init__(self):
self.a, self.b = 0, 1 # 初始化两个计数器a，b
def __iter__(self):
return self # 实例本身就是迭代对象，故返回自己
def __next__(self):
self.a, self.b = self.b, self.a + self.b # 计算下一个值
if self.a > 100000: # 退出循环的条件
raise StopIteration();
return self.a # 返回下一个值
测试
>>> for n in Fib():
... print(n)
...
__getitem__
Fib实例虽然能作用于for循环，看起来和list有点像，但是，把它当成list来使用还是不行，比如，取第5个元素：
>>> Fib()[5] Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: ‘Fib‘ object does not support indexing
要表现得像list那样按照下标取出元素，需要实现__getitem__()方法：
class Fib(object):
def __getitem__(self, n):
a, b = 1, 1
for x in range(n):
a, b = b, a + b
return a
但是list有个神奇的切片方法：
>>> list(range(100))[5:10] [5, 6, 7, 8, 9]
对于Fib却报错。原因是__getitem__()传入的参数可能是一个int，也可能是一个切片对象slice，所以要做判断：
class Fib(object):
def __getitem__(self, n):
if isinstance(n, int): # n是索引
a, b = 1, 1
for x in range(n):
a, b = b, a + b
return a
if isinstance(n, slice): # n是切片
start = n.start
stop = n.stop
if start is None:
start = 0
a, b = 1, 1
L = []
for x in range(stop):
if x >= start:
L.append(a)
a, b = b, a + b
return L
现在试试 slice 切片
>>> f = Fib() >>> f[0:5] [1, 1, 2, 3, 5] >>> f[:10] [1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55]
slice还有一个step属性!
如果把对象看成dict，__getitem__()的参数也可能是一个可以作key的object，例如str。
与之对应的是__setitem__()方法，把对象视作list或dict来对集合赋值。最后，还有一个__delitem__()方法，用于删除某个元素。
总之，通过上面的方法，我们自己定义的类表现得和Python自带的list、tuple、dict没什么区别，这完全归功于动态语言的“鸭子类型”，不需要强制继承某个接口。
__getattr__
正常情况下，当我们调用类的方法或属性时，如果不存在，就会报错。
要避免这个错误，除了可以加上一个对应的属性外，Python还有另一个机制，那就是写一个__getattr__()方法，动态返回一个属性。
def __getattr__(self, attr):if attr==‘score‘:return 99
当调用不存在的属性时，比如score，Python解释器会试图调用__getattr__(self, ‘score‘)来尝试获得属性：
>>> s = Student() >>> s.name ‘Michael‘ >>> s.score 99
返回函数也是可以的
class Student(object):
def __getattr__(self, attr):
if attr==‘age‘:
return lambda: 25
然后去调用
>>> s.age() 25
注意，只有在没有找到属性的情况下，才调用__getattr__，已有的属性，比如name，不会在__getattr__中查找。
此外，注意到任意调用如s.abc都会返回None，这是因为我们定义的__getattr__默认返回就是None。要让class只响应特定的几个属性，我们就要按照约定，抛出AttributeError的错误：
class Student(object):
def __getattr__(self, attr):
if attr==‘age‘:
return lambda: 25
raise AttributeError(‘\‘Student\‘ object has no attribute \‘%s\‘‘ % attr)
这实际上可以把一个类的所有属性和方法调用全部动态化处理了，不需要任何特殊手段。
这种完全动态调用的特性有什么实际作用呢？作用就是，可以针对完全动态的情况作调用。
现在很多网站都搞REST API，比如新浪微博、豆瓣啥的，调用API的URL类似：
如果要写SDK，给每个URL对应的API都写一个方法，那得累死，而且，API一旦改动，SDK也要改。
利用完全动态的__getattr__，我们可以写出一个链式调用：
class Chain(object):
def __init__(self, path=‘‘):
self._path = path
def __getattr__(self, path):
return Chain(‘%s/%s‘ % (self._path, path))
def __str__(self):
return self._path
__repr__ = __str__
调用
>>> Chain().status.user.timeline.list ‘/status/user/timeline/list‘
这样，无论API怎么变，SDK都可以根据URL实现完全动态的调用，而且，不随API的增加而改变！
还有些REST API会把参数放到URL中，比如GitHub的API：
GET /users/:user/repos
调用时，需要把:user替换为实际用户名。如果我们能写出这样的链式调用：
Chain().users(‘michael‘).repos
就可以非常方便地调用API了。
__call__
一个对象实例可以有自己的属性和方法，当我们调用实例方法时，我们用instance.method()来调用。能不能直接在实例本身上调用呢？在Python中，答案是肯定的。
任何类，只需要定义一个__call__()方法，就可以直接对实例进行调用。
class Student(object):
def __init__(self, name):
self.name = name
def __call__(self):
print(‘My name is %s.‘ % self.name)
>>> s = Student(‘Michael‘)
>>> s() # self参数不要传入
__call__()还可以定义参数。对实例进行直接调用就好比对一个函数进行调用一样，所以你完全可以把对象看成函数，把函数看成对象，因为这两者之间本来就没啥根本的区别。
如果你把对象看成函数，那么函数本身其实也可以在运行期动态创建出来，因为类的实例都是运行期创建出来的，这么一来，我们就模糊了对象和函数的界限。
那么，怎么判断一个变量是对象还是函数呢？其实，更多的时候，我们需要判断一个对象是否能被调用，能被调用的对象就是一个Callable对象，比如函数和我们上面定义的带有__call__()的类实例：
>>> callable(Student()) #True >>> callable(max) #True >>> callable([1, 2, 3]) #False
Python的class允许定义许多定制方法，可以让我们非常方便地生成特定的类。
本节介绍的是最常用的几个定制方法，还有很多可定制的方法，请参考Python的官方文档。
枚举Enum
Python提供了Enum类，每个常量都是class的一个唯一实例
from enum import Enum Month = Enum(‘Month‘, (‘Jan‘, ‘Feb‘, ‘Mar‘, ‘Apr‘, ‘May‘, ‘Jun‘, ‘Jul‘, ‘Aug‘, ‘Sep‘, ‘Oct‘, ‘Nov‘, ‘Dec‘))
这样我们就获得了Month类型的枚举类，可以直接使用Month.Jan来引用一个常量，或者枚举它的所有成员：
for name, member in Month.__members__.items():
print(name, ‘=>‘, member, ‘,‘, member.value)
value属性则是自动赋给成员的int常量，默认从1开始计数。
如果需要更精确地控制枚举类型，可以从Enum派生出自定义类：
from enum import Enum, unique
@unique
class Weekday(Enum):
Sun = 0 # Sun的value被设定为0
Mon = 1
Tue = 2
Wed = 3
Thu = 4
Fri = 5
Sat = 6
@unique装饰器可以帮助我们检查保证没有重复值。
访问这些枚举类型可以有若干种方法：
>>> day1 = Weekday.Mon >>> print(Weekday[‘Tue‘]) # Weekday.Tue >>> print(Weekday.Tue.value) # 2 >>> print(day1 == Weekday.Mon) # True >>> print(Weekday(1)) # Weekday.Mon >>> print(day1 == Weekday(1)) # True >>> Weekday(7) Traceback (most recent call last): ValueError: 7 is not a valid Weekday >>> for name, member in Weekday.__members__.items(): ... print(name, ‘=>‘, member) Sun => Weekday.Sun ...
Enum可以把一组相关常量定义在一个class中，且class不可变，而且成员可以直接比较。
type()
动态语言和静态语言最大的不同，就是函数和类的定义，不是编译时定义的，而是运行时动态创建的。
比方说我们要定义一个Hello的class，就写一个hello.py模块：
class Hello(object):
def hello(self, name=‘world‘):
print(‘Hello, %s.‘ % name)
当Python解释器载入hello模块时，就会依次执行该模块的所有语句，执行结果就是动态创建出一个Hello的class对象，测试如下：
>>> from hello import Hello >>> h = Hello() >>> h.hello() # Hello, world. >>> print(type(Hello)) # <class ‘type‘> >>> print(type(h)) # <class ‘hello.Hello‘>
type()函数可以查看一个类型或变量的类型，Hello是一个class，它的类型就是type，而h是一个实例，它的类型就是class Hello。
我们说class的定义是运行时动态创建的，而创建class的方法就是使用type()函数。
type()函数既可以返回一个对象的类型，又可以创建出新的类型，比如，我们可以通过type()函数创建出Hello类，而无需通过class Hello(object)...的定义：
>>> def fn(self, name=‘world‘): # 先定义函数 ... print(‘Hello, %s.‘ % name) ... >>> Hello = type(‘Hello‘, (object,), dict(hello=fn)) # 创建Hello class >>> h = Hello() >>> h.hello() # Hello, world. >>> print(type(Hello)) # <class ‘type‘> >>> print(type(h)) # <class ‘__main__.Hello‘>
要创建一个class对象，type()函数依次传入3个参数：
- class的名称；
- 继承的父类集合，注意Python支持多重继承，如果只有一个父类，别忘了tuple的单元素写法；
- class的方法名称与函数绑定，这里我们把函数
fn绑定到方法名hello上。
通过type()函数创建的类和直接写class是完全一样的，因为Python解释器遇到class定义时，仅仅是扫描一下class定义的语法，然后调用type()函数创建出class。
正常情况下，我们都用class Xxx...来定义类，但是，type()函数也允许我们动态创建出类来，也就是说，动态语言本身支持运行期动态创建类，这和静态语言有非常大的不同，要在静态语言运行期创建类，必须构造源代码字符串再调用编译器，或者借助一些工具生成字节码实现，本质上都是动态编译，会非常复杂。
metaclass ### 忽略
除了使用type()动态创建类以外，要控制类的创建行为，还可以使用metaclass。
metaclass，直译为元类，简单的解释就是：
当我们定义了类以后，就可以根据这个类创建出实例，所以：先定义类，然后创建实例。
但是如果我们想创建出类呢？那就必须根据metaclass创建出类，所以：先定义metaclass，然后创建类。
连接起来就是：先定义metaclass，就可以创建类，最后创建实例。
所以，metaclass允许你创建类或者修改类。换句话说，你可以把类看成是metaclass创建出来的“实例”。
metaclass是Python面向对象里最难理解，也是最难使用的魔术代码。正常情况下，你不会碰到需要使用metaclass的情况，所以，以下内容看不懂也没关系，因为基本上你不会用到。
我们先看一个简单的例子，这个metaclass可以给我们自定义的MyList增加一个add方法：
定义ListMetaclass，按照默认习惯，metaclass的类名总是以Metaclass结尾，以便清楚地表示这是一个metaclass：
# metaclass是类的模板，所以必须从`type`类型派生：
class ListMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
attrs[‘add‘] = lambda self, value: self.append(value)
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
有了ListMetaclass，我们在定义类的时候还要指示使用ListMetaclass来定制类，传入关键字参数metaclass：
class MyList(list, metaclass=ListMetaclass):
pass
当我们传入关键字参数metaclass时，魔术就生效了，它指示Python解释器在创建MyList时，要通过ListMetaclass.__new__()来创建，在此，我们可以修改类的定义，比如，加上新的方法，然后，返回修改后的定义。
__new__()方法接收到的参数依次是：
- 当前准备创建的类的对象；
- 类的名字；
- 类继承的父类集合；
- 类的方法集合。
测试一下MyList是否可以调用add()方法：
>>> L = MyList() >>> L.add(1) >> L [1]
而普通的list没有add()方法：
>>> L2 = list() >>> L2.add(1) Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> AttributeError: ‘list‘ object has no attribute ‘add‘
动态修改有什么意义？直接在MyList定义中写上add()方法不是更简单吗？正常情况下，确实应该直接写，通过metaclass修改纯属变态。
但是，总会遇到需要通过metaclass修改类定义的。ORM就是一个典型的例子。
ORM全称“Object Relational Mapping”，即对象-关系映射，就是把关系数据库的一行映射为一个对象，也就是一个类对应一个表，这样，写代码更简单，不用直接操作SQL语句。
要编写一个ORM框架，所有的类都只能动态定义，因为只有使用者才能根据表的结构定义出对应的类来。
让我们来尝试编写一个ORM框架。
编写底层模块的第一步，就是先把调用接口写出来。比如，使用者如果使用这个ORM框架，想定义一个User类来操作对应的数据库表User，我们期待他写出这样的代码：
class User(Model):
# 定义类的属性到列的映射：
id = IntegerField(‘id‘)
name = StringField(‘username‘)
email = StringField(‘email‘)
password = StringField(‘password‘)
# 创建一个实例：
u = User(id=12345, name=‘Michael‘, email=‘[email protected]‘, password=‘my-pwd‘)
# 保存到数据库：
u.save()
其中，父类Model和属性类型StringField、IntegerField是由ORM框架提供的，剩下的魔术方法比如save()全部由metaclass自动完成。虽然metaclass的编写会比较复杂，但ORM的使用者用起来却异常简单。
现在，我们就按上面的接口来实现该ORM。
首先来定义Field类，它负责保存数据库表的字段名和字段类型：
class Field(object):
def __init__(self, name, column_type):
self.name = name
self.column_type = column_type
def __str__(self):
return ‘<%s:%s>‘ % (self.__class__.__name__, self.name)
在Field的基础上，进一步定义各种类型的Field，比如StringField，IntegerField等等：
class StringField(Field):
def __init__(self, name):
super(StringField, self).__init__(name, ‘varchar(100)‘)
class IntegerField(Field):
def __init__(self, name):
super(IntegerField, self).__init__(name, ‘bigint‘)
下一步，就是编写最复杂的ModelMetaclass了：
class ModelMetaclass(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
if name==‘Model‘:
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
print(‘Found model: %s‘ % name)
mappings = dict()
for k, v in attrs.items():
if isinstance(v, Field):
print(‘Found mapping: %s ==> %s‘ % (k, v))
mappings[k] = v
for k in mappings.keys():
attrs.pop(k)
attrs[‘__mappings__‘] = mappings # 保存属性和列的映射关系
attrs[‘__table__‘] = name # 假设表名和类名一致
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
以及基类Model：
class Model(dict, metaclass=ModelMetaclass):
def __init__(self, **kw):
super(Model, self).__init__(**kw)
def __getattr__(self, key):
try:
return self[key]
except KeyError:
raise AttributeError(r"‘Model‘ object has no attribute ‘%s‘" % key)
def __setattr__(self, key, value):
self[key] = value
def save(self):
fields = []
params = []
args = []
for k, v in self.__mappings__.items():
fields.append(v.name)
params.append(‘?‘)
args.append(getattr(self, k, None))
sql = ‘insert into %s (%s) values (%s)‘ % (self.__table__, ‘,‘.join(fields), ‘,‘.join(params))
print(‘SQL: %s‘ % sql)
print(‘ARGS: %s‘ % str(args))
当用户定义一个class User(Model)时，Python解释器首先在当前类User的定义中查找metaclass，如果没有找到，就继续在父类Model中查找metaclass，找到了，就使用Model中定义的metaclass的ModelMetaclass来创建User类，也就是说，metaclass可以隐式地继承到子类，但子类自己却感觉不到。
在ModelMetaclass中，一共做了几件事情：
- 排除掉对
Model类的修改； - 在当前类（比如
User）中查找定义的类的所有属性，如果找到一个Field属性，就把它保存到一个__mappings__的dict中，同时从类属性中删除该Field属性，否则，容易造成运行时错误（实例的属性会遮盖类的同名属性）； - 把表名保存到
__table__中，这里简化为表名默认为类名。
在Model类中，就可以定义各种操作数据库的方法，比如save()，delete()，find()，update等等。
我们实现了save()方法，把一个实例保存到数据库中。因为有表名，属性到字段的映射和属性值的集合，就可以构造出INSERT语句。
编写代码试试：
u = User(id=12345, name=‘Michael‘, email=‘[email protected]‘, password=‘my-pwd‘) u.save()
输出如下：
Found model: User Found mapping: email ==> <StringField:email> Found mapping: password ==> <StringField:password> Found mapping: id ==> <IntegerField:uid> Found mapping: name ==> <StringField:username> SQL: insert into User (password,email,username,id) values (?,?,?,?) ARGS: [‘my-pwd‘, ‘[email protected]‘, ‘Michael‘, 12345]
可以看到，save()方法已经打印出了可执行的SQL语句，以及参数列表，只需要真正连接到数据库，执行该SQL语句，就可以完成真正的功能。
不到100行代码，我们就通过metaclass实现了一个精简的ORM框架。
小结
metaclass是Python中非常具有魔术性的对象，它可以改变类创建时的行为。这种强大的功能使用起来务必小心。
Python3 面向对象 高级编程