通过类型创建类众所周知，在Python编程中，通过类来定义类，然后通过类实例化生成实例对象，所有实例对象都继承自对象对象。但实际上class本身也是一个对象，我们称之为类对象，所有的类对象都继承自type。我们使用以下简单代码在Python交互式CLI中进行测试：#defineclassA>>>classA(object):>>>pass>>>type(A)>>>type(A())>>>isinstance(A,type)True>>>isinstance(A(),object)True我们可以通过类（class）来自定义实例对象（instanceobject）的设计，控制实例对象的创建过程，那么是否可以通过类型来控制类对象（类对象）的创建过程，从而自定义设计类对象的创建过程呢？答案是可以确定的。type本身也是一个类（class），它不仅可以判断一个对象的类型，还可以创建类对象。type(obj)：判断一个对象的类型type(name,bases,attrs)：创建一个新的类对象。三个参数说明如下：name：类名，str类型bases：该类集成的父类集合，tuple类型attrs：类的属性列表，dict类型创建类type示例：#定义一个方法defgreeting(self,name='world'):print("Hello,%s."%name)#通过type=type("Hello",(object,),{"greeting":greeting})h=Hello()h.greeting()#>>Hello,world.print(type(Hello))#>>print(type(h))#>>元类不仅可以通过类型动态创建类，而且还可以通过继承类型创建一个元类元类，这个元类可以作为其他类的元类。Class是实例对象（instance）的模板，Metaclass是类的模板。三者的关系如下图所示。+---------++---------++---------+|||||||||的实例|||的实例实例+------------>+类+------------>+元类|||||||||||||+----------++----------++----------+这样，在创建类对象之前，Python会先execute使用Metaclass的相关方法来自定义类对象，从而达到动态自定义类的目的。Django中的ORM框架就是这样实现的。这种定制包括给类添加属性和方法，对类进行二次加工。下面演示通过Metaclass为自定义列表类添加insert_before方法的过程。类ListMetaclass(类型):def__new__(mcs,name,bases,attrs):attrs["insert_before"]=lambdaself,item:self.insert(0,item)返回类型.__new__(mcs,name,bases,attrs)classNewList(list,metaclass=ListMetaclass):passnew_list=NewList(["a","b"])new_list.insert_before("insert_before")print(new_list)#>>['insert_before','a','b']首先定义元类ListMetaclass。类的__new__方法用于创建实例对象，Metaclass类似的__new__方法用于创建类对象。在创建类对象之前，我们在attrs中增加insert_before属性，使创建的类对象具有该属性。定义NewList类并指定元类。当NewList创建一个类实例时，它会调用ListMetaclass来创建这样一个实例。注：Metaclass.__new__的参数说明参见上述类型的参数说明。通过元类实现ORM让我们看一个更实际的例子。以Django教程中ORM的使用为例，通过Metaclass开发一个简单的ORM框架。Metaclass查找顺序：创建类时，首先检查类本身是否设置了Metaclass，如果设置了，则直接调用Metaclass创建类；如果没有，则按照基本顺序一路寻找基类，如果找到，则调用父类Metaclass创建一个类；如果没有找到，调用type来创建一个类。在DjangoTutorial中使用ORM主要包括三个步骤：定义模型类，创建模型对象，将模型数据保存到数据库，示例代码如下：#definemodelclassclassQuestion(models.Model):question_text=models.CharField(max_length=200)pub_date=models.DateTimeField('datepublished')#创建模型对象q=Question(question_text="What'snew?",pub_date=timezone.now())#将模型数据保存到数据库q.save()ORM框架的基本设计思想包括以下几点：定义Model类作为所有模型的基类，所有模型对象都继承这个类。定义Field类作为模型所有字段的基类，模型的属性（Field字段）以类变量的形式定义在Model中。定义ModelMetaclass类作为Model的Metaclass，解析Model中的Field字段，进行预处理，保存为Model的元数据，用于ORM映射。实现Model中的save方法，利用Model的元数据自动组装InsertSQL语言。先搭建一个框架，再填写各个部分的功能。fromdatetimeimportdatetimeclassModelMetaClass(type):def__new__(mcs,name,bases,attrs):返回类型.__new__(mcs,name,bases,attrs)classModel(metaclass=ModelMetaClass):def__init__(self,**kwargs）：传递def__setattr__（self，key，value）：传递def__getattr__（self，item）：传递defsave（self）：传递类Field：传递类CharField（Field）：传递类DateTimeField（Field）：传递类Question(Model):question_text=CharField()pub_date=DateTimeField()question=Question(question_text="我的第一个问题.",pub_data=datetime.now())question.save()按照设计思路，功能改进代码如下：ModelMetaclass主要解析Model中的Field类型字段，生成ORM数据库表字段的元数据。fromdatetimeimportdatetimeclassModelMetaclass(type):def__new__(mcs,name,bases,attrs):#如果name=="Model"orModelnotinbases，则只处理Model的子类：returntype.__new__(mcs,name,bases,attrs)#ProcessField类型字段，信息存储在__fields__字段中fields=dict()forkeyinattrs:ifisinstance(attrs[key],Field):fields[key]=attrs[key]attrs["__fields__"]=fields#表名默认为类名的小写attrs["__table__"]=name.lower()#删除Field类型的类变量forkeyinfields:attrs.pop(key)returntype.__new__(mcs,name,bases,attrs)模型类作为所有ORM模型的基类，为模型提供通用的功能。__init__是模型构造函数，处理传入的Field字段__setattr__、__getattr__使得模型Field类型的字段可以像普通字段一样进行设置和赋值。save方法用于生成将模型保存到数据库的SQL语句。classModel(metaclass=ModelMetaclass):def__init__(self,**kwargs):#Field字段数据存储在self.fieldsself.fields=dict()#self.__fields__是Metaclass中的attrs["__fields__"]字段model_fields=self.__fields__forkwarg_keyinkwargs:ifkwarg_keyinmodel_fields:self.fields[kwarg_key]=kwargs[kwarg_key]else:raiseKeyError()def__setattr__(self,key,value):#由model.field=xxx实现forField字段赋值ifkeyinself.__fields__:self.__dict__["fields"][key]=valuereturnself.__dict__[key]=valuedef__getattr__(self,key):#实现通过model读取Field字段值。如果在self.__fields__中输入字段：returnself.__dict__["fields"][key]returnself.__dict__[key]defsave(self):model_fields=self.__fields__fields_key=list()fields_value=list()fields_placeholder=list()forfield_keyinmodel_fields:fields_key.append(field_key)fields_value.append(self.fields.setdefault(field_key,None))fields_placeholder.append("?")sql="INSERTINTO%s(%s)VALUES(%s)"%(self.__table__,",".join(fields_key),",".join(fields_placeholder))print("SQL:",sql)print("ARGS:",fields_value)Field类及其子类、模型类Field:passclassCharField(Field):passclassDateTimeField(Field):passclassQuestion(Model):question_text=CharField()pub_date=DateTimeField()ORM使用示例、执行输出question=Question(question_text="我的第一个问题。",pub_date=datetime.now())question.save()#>>SQL:INSERTINTOquestion(question_text,pub_date)VALUES(?,?)#>>ARGS:['我的第一个问题。',datetime.datetime(2020,10,13,17,52,38,443969)]question.question_text="我的第二个问题。"question.save()#>>SQL:INSERTINTOquestion(question_text,pub_date)VALUES(?,?)#>>ARGS:['我的第二个问题。',datetime.datetime(2020,10,13,17,52,38,443969)]从可用的打印输出可以看出，框架已经打印出了SQL语句和参数，只要提交给数据库，就可以实际运行。结语通过以上简单的例子，相信大家应该对Metaclass的使用有了更深入的了解，但是要看懂代码，最好还是自己编码调试。得益于Python动态语言特性的灵活性和巧妙设计，我们用不到100行代码实现了一个ORM框架原型，各方面都优于Java等重量级编译型语言。但这只是一个简单的例子，实际的框架还有很多工作要做。参考：什么是Python中的元类？一篇使用元类的文章，让你全面了解__getattr__、__getattribute__、__getitem__的使用和执行原理
