การเขียนโปรแกรม Meta ด้วย Metaclasses ใน Python

คำว่า metaprogramming หมายถึงการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่โปรแกรมคอมพิวเตอร์พยายามจัดการหรือมีความรู้ในตัวเอง Python รองรับ metaprogramming สำหรับคลาสผ่านคลาสประเภทใหม่ที่เรียกว่า metaclass

การเขียนโปรแกรม Meta ผ่าน metaclasses ใน python คือการสร้างฟังก์ชันและคลาสที่จัดการโค้ดโดยการแก้ไข การตัดคำ หรือการสร้างโค้ดที่มีอยู่

คุณสมบัติหลักของ meta-programming คือ −

• เมตาคลาส
• มัณฑนากร
• คลาส-มัณฑนากร

Metaclass คืออะไร

คำจำกัดความที่จำกัดมากของ metaclass คือคลาสที่สร้างคลาส Python เป็นภาษาเชิงวัตถุที่ทุกอย่างเป็นวัตถุและคลาสก็ไม่มีข้อยกเว้น กำหนดคลาสด้วยคีย์เวิร์ดคลาส python รันคลาสจริงแล้วสร้างอ็อบเจกต์ เนื่องจากเป็นวัตถุ คุณจึงสามารถกำหนด คัดลอก เพิ่มแอตทริบิวต์ เป็นพารามิเตอร์ของฟังก์ชัน และอื่นๆ ได้ การใช้ metaclasses ช่วยให้เราควบคุมการสร้างคลาสได้ เช่น การปรับเปลี่ยนคุณสมบัติของคลาส การตรวจสอบความถูกต้องของคุณสมบัติ และอื่นๆ

Python Metaclass ในตัว

metaclass ของทุกคลาสเป็นประเภท

class a:
pass

print(type(a))

เอาท์พุต:

<class 'type'>

จากผลลัพธ์ข้างต้น เราจะเห็นได้ว่า “a” (คลาส) เป็นวัตถุประเภทคลาส เราสามารถพูดได้ว่า “a” (คลาส) เป็นอินสแตนซ์ของประเภทคลาส ดังนั้น type จึงเป็น metaclass ดังนั้นใน python ทุกคลาสจึงอยู่ในประเภท metaclass ในตัว

การใช้ Metaclass เพื่อสร้างคลาส python

ตามที่เราเห็นในตัวอย่างข้างต้น ประเภทคือ metaclass เริ่มต้น เราสามารถสร้างคลาสใหม่ได้โดยใช้ metaclass(type) เริ่มต้นนี้

>>> class hello(object):
pass

สามารถสร้างได้ด้วยตนเองด้วยวิธีนี้เช่นกัน -

>>> hello = type('hello', (), {})
>>> print(hello)# returns a class object

>>> print(hello()) # creates an instance with the class
<__main__.hello object at 0x05D86830>

Type ยอมรับพจนานุกรมเพื่อกำหนดคุณสมบัติของคลาส ดังนั้น

>>> class hello(object):
   world = True

รหัสด้านบนคล้ายกับ

hello = type('hello', (), {'world' : True})

สร้างเมตาคลาส

ดังนั้นเมื่อใดจึงจะสร้าง metaclass? เมื่อฉันต้องการควบคุมการสร้างคลาส เช่น การตรวจสอบหรือแก้ไขคุณสมบัติของคลาส

กระบวนการสร้างอินสแตนซ์ของคลาส -

• สร้างอินสแตนซ์โดยการเรียก __new__()
• โทร __init__() เพื่อเริ่มต้นอินสแตนซ์ที่สร้างขึ้นด้านบน

ดังนั้นเมื่อเราสร้าง metaclass แบบกำหนดเอง เราจะเปลี่ยนเมธอด __new__() หรือ __init__ ของคลาสพาเรนต์

ตัวอย่างที่ 1 − Metaclass ที่แก้ไขคุณสมบัติของคลาส

class LowercaseMeta(type):
   def __new__(mcs, name, bases, attrs):
      lower_attrs = {}
      for k, v in attrs.items():
         if not k.startswith('__'):
            lower_attrs[k.lower()] = v
         else:
            lower_attrs[k] = v
      return type.__new__(mcs, name, bases, lower_attrs)
class LowercaseClass(metaclass=LowercaseMeta):
   BAR = True
   def HELLO(self):
      print('hello')

print(dir(LowercaseClass))
LowercaseClass().hello()

ผลลัพธ์

['__class__', '__delattr__', '__dict__', '__dir__', '__doc__', '__eq__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__gt__', '__hash__', '__init__', '__init_subclass__', '__le__', '__lt__', '__module__', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__subclasshook__', '__weakref__', 'bar', 'hello']
hello

Example2 − เพิ่มแอตทริบิวต์เพิ่มเติมให้กับคลาส

class ListMeta(type):
   def __new__(mcs, name, bases, attrs):
      attrs['add'] = lambda self, value: self.append(value)
      return type.__new__(mcs, name, bases, attrs)
class MyList(list, metaclass=ListMeta):
pass
l = MyList()
l.add(1)
print(l)
def class_decorator(cls):
   cls.add = lambda self, value: self.append(value)
   return cls

@class_decorator
class MyList(list):
   pass
l = MyList()
l.append(1)
print(l)

ผลลัพธ์

[1]
[1]

แอตทริบิวต์ __metaclass__

ใน python ไม่ว่าเราจะมีคลาสหรือฐานใดคลาสหนึ่งที่มีแอตทริบิวต์ __metaclass__ ก็ถือว่า metaclass อื่นเป็นประเภท metaclass เราสามารถมีแอตทริบิวต์ __metaclass__ เมื่อเราเขียนคลาสเป็น −

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเรากำหนด คลาสเช่น −

class hello(object):
   x = 10

ด้านบน สวัสดีคลาสไม่มีแอตทริบิวต์ __metaclass__ ดังนั้นจะใช้ประเภทแทน และการสร้างคลาสจะทำเป็น −

hello = type(name, bases, dict)

ในกรณีที่สวัสดีของเรามี metaclass ที่กำหนดไว้ -

class hello(object):
__metaclass__ = myMetaClass
pass

ในตัวอย่างข้างต้น การสร้างคลาสทำได้โดยใช้ myMetaClass แทนประเภท สวัสดี =myMetaClass(ชื่อ, ฐาน, dict)