就像元数据是有关数据的数据一样，元编程就是编写用于操纵程序的某些程序。人们普遍认为，元程序就是生成其他程序的某些程序，但范式更加广泛。所有旨在自我读取、分析、转换或修改的程序都是元编程的范例。例如：

发现了吗？事实证明，一开始的说法（一切都是对象）并不完全正确。下面是更准确的说法：

除 type 之外，Python 中的一切都是对象，它们要么是类的实例，要么是元类的实例。

验证这一点：

定义了某个类后会发生什么情况？

我们首先回顾下已知的内容。Python 程序的基本构建块是：

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• 语句

• 函数

• 类

以下是每次遇到关键字类时发生的情况：

• 类的主体（语句和函数）被隔离。

• 创建类的名称空间字典（但尚未填充）。

• 先执行类的主体，然后使用所有属性、定义的方法以及与类有关的其他一些有用信息来填充名称空间字典。

• 在基类或要创建的类的元类挂钩（稍后解释）中确定元类。

• 然后，通过类的名称、基类和属性调用元类，对其进行实例化。

• 分配给某个变量

• 复制

• 作为参数传递给其他函数

前面的语法实际等同于：

我们假设自己有一个从 URL 访存已提取数据的函数。我们从中访存数据的服务器具备调节机制，如果它检测到在相同时间间隔内从某个 IP 地址传入大量请求，就会进行调节。所以，为了让提取器像人类一样，我们愿意等待随机长度的时间，然后再提交请求以欺骗服务器。 能否使装饰器也做到这样？我们来看一下：

它已运行！现在，您已了解了如何在 Python 中编写和使用元类。我们再来探究一下这有何用途。

在 Python 中使用元类

您可以使用元类对属性、方法及其值执行不同的准则。前面例子（使用 snake_case）的类似示例包括：

• 值的域限制

• 隐式转换自定义类的值（您可能希望向用户隐藏编写类的所有这些复杂方面）

• 执行不同的命名约定和样式准则（比如，“每种方法都应有一个文档字符串”）

• 向类添加新的属性

在类定义本身中定义所有这种逻辑时使用元类，主要原因就是为了避免在整个代码库中出现重复代码。

元类的实际使用

因为在子类中会继承元类，所以元类解决了代码冗余（不要重复自己 — DRY）这一实际问题。 通常情况下，在生成类对象的同时，通过执行额外操作或添加额外代码，元类也可以帮助提取有关类创建的复杂逻辑。元类的一些实际用例包括：

• 抽象基类

• 类的注册

• 在库和框架中创建 API

我们来具体看一下每个示例。

抽象基类

抽象基类是只能被继承而不会被实例化的类。Python 具有以下内容：

请注意，我们没有实现抽象方法。我们来看下如果尝试实例化 Truck 类的对象会发生什么情况：

现在，根据文件格式，我们很容易就知道要使用哪个处理程序类。一般来说，无论何时需要维护存储类特征的某种数据结构，都可以使用元类。

创建 API

由于元类能够防止子类中的逻辑冗余，能够隐藏用户无需知道的自定义类创建逻辑，因此元类在框架和库中得到广泛应用。这为减少样板和拥有更出色的 API 创造了一些值得注意的机会。例如，思考一下 Django ORM 的这个使用片段：

作为创建车辆模型的用户，我们只需从 models.Model 类继承，然后编写一些高级语句。其余工作（比如创建数据库挂钩，提出无效值错误，返回 int 类型而不是 models.IntegerField）则由 model.Models 类以及它使用的元类在后台完成。

总结

在本教程中，您了解了 Python 中的实例、类以及元类之间的关系。您学习了元编程知识，这是一种操纵代码的方法。我们讨论了函数装饰器和类装饰器，二者是将自定义行为注入到类和方法中的一种方式。然后，我们通过使 Python 的默认 type 元类子类化，实现了自定义元类。最后，我们介绍了元类的一些实际用例。是否使用元类这个问题在网上饱受争议，但是现在，对于某种问题是否利用元编程才能更好地解决，您应该可以更轻松地展开分析并得出答案。

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