参悟python元类(又称metaclass)系列实战(三)

写在前面

在上一章节参悟python元类(又称metaclass)系列实战(二)简单铺垫了下code如何映射到数据库的table;
本节内容我们再增强下字段的映射(如默认值、主键), 抽象出更抽象的元类, 后面再实现select等操作;
有误的地方恳请大神指正下。

热身预备

• 我们都知道dict类型的获取value的写法(dict[key]), 比较丑陋

• 现在我们自定义一个dict的子类Dict, 使其可以Dict.key的形式获取value

  class Dict(dict):
      """dict子类, 扩展了value的访问方式; 还支持传入两个长度相等的tuple, 组成key-value"""
      def __init__(self, names=(), values=(), **kw):
          """
          @names: tuple形式的key集合
          @values: tuple形式的value集合
          """
          super().__init__(**kw)
          for k, v in zip(names, values):
              self[k] = v
  
      def __getattr__(self, item):
          """
          当试图访问实例不存在的属性时, 会自动调用该方法; 访问方式就是"点"
          """
          try:
              return self[item]
          except KeyError:
              raise AttributeError(r""Dict" object has no attribute "%s"" % item)
  
      def __setattr__(self, key, value):
          """
          当试图给不存在的属性赋值时, 会自动调用该方法
          """
          self[key] = value
  

• 再定义一个方法, 可以把dict类型转为Dict类型

  def toDict(d: dict):
      D = Dict()
      for k, v in d.items():
          D[k] = toDict(v) if isinstance(v, dict) else v
      return D
  

• 热身完毕, 但toDict有一种情况无法转为.的形式访问

  d = {
      "k1": [{"kk1":"vv1"}]
  }
  # 无法以 d.k1[0].kk1访问vv1
  

能复用则复用

• 考虑到数据库里肯定不止一张表, 所以我们需要抽象出一个类, 用来概括所有表的特征, 粗略设计如下

  1. 可以继承Dict类, 使其具有key value的特征

  2. 提供一个可以根据key获取value的方法

  3. 如果获取不到, 就试着返回其默认值的方法

• 初版实现如下

  class Model(Dict):
      def __init__(self, **kw):
          super().__init__(**kw)    # 调用父类Dict的方法
  
      def getValue(self, key):
          return getattr(self, key, None)
  
      def getValueOrDefault(self, key):
          value = getattr(self, key, None)
          if value is None:
              # TODO: 设置成default
              pass
          return value
  

• 因为每张表的字段名和类型都不一样, 而Model又得能概括所有表的字段, 因此就要求能对Model类动态创建, 自然就想到元类可以帮我们实现

  class ModelMetaClass(type):
      def __new__(cls, name, bases, attrs):
          if name == "Model":
              # 当出现与"Model"同名的类时, 直接创建这类
              return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
  
          # 定义表名: 要么在类中定义__table__属性, 否则与类名相同
          tableName = attrs.get("__table__", None) or name
          print(f"建立映射关系: {name}类 --> {tableName}表")
  
          mappings = Dict()   # 存储column与Field 子类的对应关系, Field在上一章中定义的, 忘了回去翻
          fields = []         # 用来存储除主键以外的所有字段名
          primaryKey = None   # 用来记录主键字段的名字, 初始没有
  
          for k, v in attrs.items():
              # 遍历所有属性, 即映射表的字段, 读不懂请回看第二章 Users 的定义
              if isinstance(v, Field):     # Field类, 所有字段类型的父类
                  print(f"建立映射... column: {k} ==> class: {v}")
                  mappings[k] = v
  
                  if v.primaryKey:         # 判断字段是否被设置成了主键
                      if primaryKey:       # 因为一张表只能有一个主键
                          raise Exception(f"Duplicate primary key for field {k}")
                      primaryKey = k
                  else:
                      fields.append(k)
  
          if not primaryKey:               # 这里做了一步强制要求设置主键, 你也可以去掉
              raise Exception(f"请给表{tableName}设置主键")
  
          for k in mappings.keys():
              # 删除原属性, 避免实例的属性遮盖类的同名属性, 况且我们已经保存到 mappings 中了, 不怕丢
              attrs.pop(k)
  
          # 接下来给本元类(ModelMetaClass)创建的class(如 Model)设置私有属性
          attrs["__mappings__"] = mappings
          attrs["__table__"] = tableName
          attrs["__primaryKey__"] = primaryKey
          attrs["__fields__"] = fields
  
          return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
  

• 第二版Model, 即完成初版的”TODO”

  class Model(Dict, metaclass=ModelMetaClass):
      """指定metaclass, 以实现动态定制"""
      def __init__(self, **kw):
          super().__init__(**kw)
  
      def getValue(self, key):
          return getattr(self, key, None)
  
      def getValueOrDefault(self, key):
          value = getattr(self, key, None)
          if value is None:
              field = self.__mappings__[key]   # 从所有column中获取value
              if field.default is not None:
                  # 如果default指向是方法(如time.time), 则调用方法获取其值; 否则直接赋值
                  value = field.default() if callable(field.default) else field.default
                  print(f"using defalut value for {key}: {value}")
                  setattr(self, key, value)    # 其实是调 Dict.__setattr__, 以支持用"."访问
          return value
  

给上一章的 Users 加入父类Model

"""映射到表 Users; 同理定义其他映射关系 """
class Users(Model):
    """
    继承自Model, 这样Users就有了Dict特性, 同时在实例化Users时, 又会以ModelMetaClass定制的特性创建
    """
    uid = IntegerField(primaryKey=True, ddl="int(11)")
    email = StrField(ddl="varchar(50)")
    passwd = StrField(ddl="char(32)")
    admin = IntegerField(default=0, ddl="tinyint(1)")
    name = StrField(ddl="varchar(50)")
    birthday = DateTimeField(ddl="DATE")
    image = StrField(default="about:blank", ddl="varchar(500)")
    created_at = DateTimeField(default="0000-00-00 00:00:00", ddl="timestamp")
    updated_at = DateTimeField(ddl="timestamp")
    created_by = IntegerField(ddl="int(11)")
    updated_by = IntegerField(ddl="int(11)")
    is_deleted = IntegerField(default=0, ddl="tinyint(1)")

• 举例

  """映射到行"""
  xiaoMing = Users(uid=103, email="xiaoming@qq.com", "****", name="小明")  # 这里其实是调用了Model.__init__, 参数类型 **kw
  
  print(xiaoMing.uid)
  
  # TODO: 如何把小明的信息写入到数据库中呢？
  xiaoMing.save()    # 将在下一章节加入
  

总结

1. 定义了一个Dict类, 比dict多支持了.的访问形式, 外加一个toDict方法;

2. 抽象出一个Model类, 用以概括所有table的特性, 本章只处理了概括table.column的特性(获取值/默认值);

3. 定义第一版元类ModelMetaClass, 作用在创建Model及其子类的过程中, 使得它们具有”__table__: 表名, __mappings__: column name –> Field class, __primaryKey__: 主键, __fields__: 除主键外的其他column name” 的属性;

4. 计划在下一章节加入数据保存/修改的功能;