Python 超程式設計與元類

在 Python 中，**超程式設計**指的是編寫了解自身並可以被操縱的程式碼的實踐。元類是 Python 中超程式設計的強大工具，允許你自定義類的建立方式和行為。使用元類，你可以透過動態程式碼生成和反射建立更靈活、更高效的程式。

Python 中的**超程式設計**涉及到諸如裝飾器和元類之類的技術。在本教程中，你將學習透過探索動態程式碼生成和反射來了解**使用元類的超程式設計**。

定義元類

Python 中使用元類的超程式設計提供了高階特性，能夠為你的程式賦能。其中一個特性是__prepare__()方法，它允許自定義類體將要執行的名稱空間。

此方法在執行任何類體程式碼之前呼叫，提供了一種使用附加屬性或方法初始化類名稱空間的方法。__prepare__()方法應該實現為類方法。

示例

這是一個使用__prepare__()方法建立具有高階特性的元類的示例。

 
class MyMetaClass(type):
   @classmethod
   def __prepare__(cls, name, bases, **kwargs):
      print(f'Preparing namespace for {name}')

      # Customize the namespace preparation here
      custom_namespace = super().__prepare__(name, bases, **kwargs)
      custom_namespace['CONSTANT_VALUE'] = 100  

      return custom_namespace

# Define a class using the custom metaclass
class MyClass(metaclass=MyMetaClass):
   def __init__(self, value):
      self.value = value
    
   def display(self):
       print(f"Value: {self.value}, Constant: {self.__class__.CONSTANT_VALUE}")

# Instantiate the class
obj = MyClass(42)
obj.display()

輸出

執行以上程式碼時，你將得到以下結果：

Preparing namespace for MyClass
Value: 42, Constant: 100

使用元類的動態程式碼生成

使用元類的超程式設計能夠在執行時建立或修改程式碼。

示例

此示例演示了 Python 超程式設計中的元類如何用於動態程式碼生成。

class MyMeta(type):
   def __new__(cls, name, bases, attrs):
      print(f"Defining class: {name}") 
        
      # Dynamic attribute to the class
      attrs['dynamic_attribute'] = 'Added dynamically'
        
      # Dynamic method to the class
      def dynamic_method(self):
         return f"This is a dynamically added method for {name}"
        
      attrs['dynamic_method'] = dynamic_method
        
      return super().__new__(cls, name, bases, attrs)

# Define a class using the metaclass
class MyClass(metaclass=MyMeta):
   pass

obj = MyClass()
print(obj.dynamic_attribute)       
print(obj.dynamic_method())

輸出

執行以上程式碼時，你將得到以下結果：

Defining class: MyClass
Added dynamically
This is a dynamically added method for MyClass

反射與超程式設計

使用元類的超程式設計通常涉及反射，允許在執行時對類屬性和方法進行自省和修改。

示例

在這個例子中，MyMeta 元類在其建立過程中檢查並列印MyClass的屬性，演示了元類如何動態地自省和修改類定義。

class MyMeta(type):
   def __new__(cls, name, bases, dct):
      # Inspect class attributes and print them
      print(f"Class attributes for {name}: {dct}")
      return super().__new__(cls, name, bases, dct)

class MyClass(metaclass=MyMeta):
   data = "example"

輸出

執行以上程式碼時，你將得到以下結果：

Class attributes for MyClass: {'__module__': '__main__', '__qualname__': 'MyClass', 'data': 'example'}