Python学习--type()函数:动态创建类②

# 元类是创建类的类print(f"type的类型: {type(type)}")          # <class 'type'>print(f"type是自身的实例吗? {type(type) istype}")  # True# type是默认的元类class MyClass:    passprint(f"MyClass的类型: {type(MyClass)}")    # <class 'type'>print(f"MyClass的元类: {MyClass.__class__}")  # <class 'type'>

class SingletonMeta(type):    """单例模式元类"""    _instances = {}    def __call__(cls, *args, **kwargs):        if cls not in cls._instances:            cls._instances[cls] = super().__call__(*args, **kwargs)        return cls._instances[cls]class DatabaseConnection(metaclass=SingletonMeta):    """数据库连接类（单例）"""    def __init__(self, host='localhost', port=3306):        self.host = host        self.port = port        print(f"创建数据库连接: {host}:{port}")    def query(self, sql):        return f"执行SQL: {sql}"# 测试单例print("创建多个数据库连接实例:")conn1 = DatabaseConnection("db1.example.com", 3306)conn2 = DatabaseConnection("db1.example.com", 3306)conn3 = DatabaseConnection("db2.example.com", 5432)  # 不同参数，创建新实例print(f"conn1 is conn2: {conn1 is conn2}")  # Trueprint(f"conn1 is conn3: {conn1 is conn3}")  # Falseprint(f"conn1: {conn1.host}:{conn1.port}")print(f"conn2: {conn2.host}:{conn2.port}")print(f"conn3: {conn3.host}:{conn3.port}")

class ValidationMeta(type):    """验证元类：自动为属性添加验证"""    def __new__(mcs, name, bases, attrs):        # 修改__init__方法，添加验证        original_init = attrs.get('__init__')        def new_init(self, *args, **kwargs):            if original_init:                original_init(self, *args, **kwargs)            # 验证所有带有_validator的属性            for attr_name in dir(self):                if attr_name.endswith('_validator'):                    field_name = attr_name[:-10]                    validator = getattr(self, attr_name)                    value = getattr(self, field_name, None)                    if value is not None:                        validator(value)        attrs['__init__'] = new_init        # 创建类        return super().__new__(mcs, name, bases, attrs)# 使用type创建带元类的类def validate_age(age):    if not isinstance(age, int):        raise TypeError("年龄必须是整数")    if age < 0 or age > 150:        raise ValueError("年龄必须在0-150之间")def validate_email(email):    if '@' not in email:        raise ValueError("邮箱格式不正确")# 动态创建带验证的Person类Person = type(    'Person',    (),    {        '__init__': lambda self, name, age, email: (            setattr(self, 'name', name),            setattr(self, 'age', age),            setattr(self, 'email', email)        ),        'age_validator': validate_age,        'email_validator': validate_email,        '__metaclass__': ValidationMeta,  # 指定元类        '__module__': __name__    })# 使用try:    person = Person("张三", 25, "zhang@example.com")    print(f"创建成功: {person.name}, {person.age}, {person.email}")    # 测试验证    # person2 = Person("李四", -5, "li@example.com")  # ValueError    # person3 = Person("王五", 30, "invalid-email")    # ValueErrorexcept (ValueError, TypeError) as e:    print(f"验证失败: {e}")

def add_timestamps(cls):    """类装饰器：为类添加创建时间和更新时间"""    # 保存原始__init__    original_init = cls.__init__    def new_init(self, *args, **kwargs):        import time        self.created_at = time.time()        self.updated_at = time.time()        original_init(self, *args, **kwargs)    # 创建新类    new_cls = type(        cls.__name__,        cls.__bases__,        {            **cls.__dict__,            '__init__': new_init,            'update': lambda self: setattr(self, 'updated_at', time.time())        }    )    return new_cls# 使用装饰器@add_timestampsclass Document:    def __init__(self, title, content):        self.title = title        self.content = content    def __str__(self):        return f"Document: {self.title}"# 测试doc = Document("测试文档", "这是内容")print(f"文档: {doc}")print(f"创建时间: {doc.created_at}")print(f"更新时间: {doc.updated_at}")import timetime.sleep(1)doc.update()print(f"更新后时间: {doc.updated_at}")

def add_methods(*methods):    """动态为类添加方法的装饰器"""    def decorator(cls):        for method_name, method_func in methods:            setattr(cls, method_name, method_func)        return cls    return decorator# 定义要添加的方法def to_json(self):    import json    return json.dumps(self.__dict__, ensure_ascii=False)def from_json(cls, json_str):    import json    data = json.loads(json_str)    return cls(**data)# 动态创建类Person = type('Person', (), {    '__init__': lambda self, name, age: (        setattr(self, 'name', name),        setattr(self, 'age', age)    )})# 使用装饰器添加方法Person = add_methods(    ('to_json', to_json),    ('from_json', classmethod(from_json)))(Person)# 使用person = Person("张三", 25)print(f"原始对象: {person.name}, {person.age}")print(f"JSON格式: {person.to_json()}")# 从JSON创建new_person = Person.from_json('{"name": "李四", "age": 30}')print(f"从JSON创建: {new_person.name}, {new_person.age}")

class Field:    """字段描述符"""    def __init__(self, field_type, default=None, nullable=True):        self.field_type = field_type        self.default = default        self.nullable = nullable        self.name = None  # 会在元类中设置    def __get__(self, instance, owner):        if instance is None:            return self        return instance.__dict__.get(self.name, self.default)    def __set__(self, instance, value):        if value is None and not self.nullable:            raise ValueError(f"{self.name} 不能为空")        if value is not None and not isinstance(value, self.field_type):            raise TypeError(f"{self.name} 必须是 {self.field_type.__name__} 类型")        instance.__dict__[self.name] = valueclass ModelMeta(type):    """模型元类"""    def __new__(mcs, name, bases, attrs):        # 收集字段        fields = {}        for attr_name, attr_value in attrs.items():            if isinstance(attr_value, Field):                attr_value.name = attr_name                fields[attr_name] = attr_value        # 移除字段，防止成为类属性        for field_name in fields:            attrs.pop(field_name)        # 添加字段信息        attrs['_fields'] = fields        attrs['_table_name'] = name.lower()        # 添加通用方法        attrs['__init__'] = mcs.create_init(fields)        attrs['to_dict'] = lambda self: {name: getattr(self, name) for name in fields}        attrs['__str__'] = lambda self: f"{name}({', '.join(f'{k}={v}'for k, v in self.to_dict().items())})"        return super().__new__(mcs, name, bases, attrs)    @staticmethod    def create_init(fields):        """创建__init__方法"""        def init(self, **kwargs):            for field_name, field in fields.items():                value = kwargs.get(field_name, field.default)                setattr(self, field_name, value)        return initdef create_model_class(name, **fields):    """动态创建模型类"""    # 准备类属性    attrs = {'__metaclass__': ModelMeta}    attrs.update(fields)    # 使用type创建类    return type(name, (), attrs)# 动态创建User模型User = create_model_class(    'User',    id=Field(int, nullable=False),    username=Field(str, nullable=False),    email=Field(str),    age=Field(int, default=0),    is_active=Field(bool, default=True))# 动态创建Product模型Product = create_model_class(    'Product',    id=Field(int, nullable=False),    name=Field(str, nullable=False),    price=Field(float),    stock=Field(int, default=0))# 使用print("User模型:")user = User(id=1, username="张三", email="zhang@example.com", age=25)print(f"用户: {user}")print(f"用户字典: {user.to_dict()}")print(f"表名: {user._table_name}")print(f"字段: {list(user._fields.keys())}")print("\nProduct模型:")product = Product(id=101, name="笔记本电脑", price=5999.00, stock=50)print(f"产品: {product}")print(f"产品字典: {product.to_dict()}")# 验证try:    invalid_user = User(id="not_a_number", username="test")  # TypeErrorexcept TypeError as e:    print(f"\n验证错误: {e}")

import time# 动态创建类的性能测试def test_performance():    """测试动态创建类的性能"""    # 方式1：使用class关键字（编译时）    start = time.time()    for i in range(10000):        class StaticClass:            def __init__(self, x):                self.x = x    static_time = time.time() - start    # 方式2：使用type动态创建（运行时）    start = time.time()    for i in range(10000):        DynamicClass = type(f'DynamicClass{i}', (), {            '__init__': lambda self, x: setattr(self, 'x', x)        })    dynamic_time = time.time() - start    print(f"静态定义类: {static_time:.4f}秒")    print(f"动态创建类: {dynamic_time:.4f}秒")    print(f"性能差异: {dynamic_time/static_time:.1f}倍")test_performance()

# 不推荐：过度使用type，代码难以理解MyClass = type('MyClass', (), {    '__init__': lambda self, x, y: (        setattr(self, 'x', x),        setattr(self, 'y', y)    ),    'add': lambda self: self.x + self.y,    'sub': lambda self: self.x - self.y,    '__str__': lambda self: f"MyClass({self.x}, {self.y})"})# 推荐：使用class关键字，更清晰class MyClass:    def __init__(self, x, y):        self.x = x        self.y = y    def add(self):        return self.x + self.y    def sub(self):        return self.x - self.y    def __str__(self):        return f"MyClass({self.x}, {self.y})"

"""使用type动态创建类的适用场景：✅ 适用场景：1. 根据运行时数据动态生成类2. 实现工厂模式，创建不同类型的类3. 元编程，如ORM框架、序列化框架4. 插件系统，动态加载和注册类5. 代码生成工具❌ 不适用场景：1. 固定结构的普通类2. 需要良好代码提示和自动补全3. 团队协作，需要清晰代码结构4. 性能敏感，频繁创建类"""