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Day 46 · 练习与清单

Day 046 — 元类（Metaclass）练习清单

✅ 今日完成清单

基础练习题

练习 1：type() 查询

用 type() 查询以下对象的类型，然后用 isinstance() 验证： - 42、"hello"、[1,2,3]、{'a': 1}、None、True - 你自定义的类的实例

python
# 你的代码
objects = [42, "hello", [1,2,3], {'a': 1}, None, True]
for obj in objects:
    print(f"type({obj!r}) = {type(obj)}")

练习 2：动态创建类

用 type() 动态创建一个 Calculator 类，包含： - 属性 name = "MyCalculator" - 方法 add(a, b) 返回 a + b - 方法 multiply(a, b) 返回 a * b

然后实例化并测试。

python
# 提示：用 lambda 或普通函数作为方法
def add(self, a, b):
    return a + b

def multiply(self, a, b):
    return a * b

Calculator = type('Calculator', (object,), {
    'name': 'MyCalculator',
    'add': add,
    'multiply': multiply,
})

calc = Calculator()
print(calc.add(3, 5))         # 8
print(calc.multiply(3, 5))    # 15

练习 3：简单元类

编写一个元类，自动给类添加一个 created_at 属性，记录类创建的时间。

python
import datetime

class TimestampMeta(type):
    def __new__(mcs, name, bases, attrs):
        attrs['created_at'] = datetime.datetime.now().isoformat()
        return super().__new__(mcs, name, bases, attrs)

class MyClass(metaclass=TimestampMeta):
    pass

print(MyClass.created_at)  # 2026-07-02T...

进阶挑战题

挑战 1：字段验证器

扩展 ORM 字段系统，添加 FloatField 和 DateField：

python
class FloatField(Field):
    def validate(self, value):
        if value is not None and not isinstance(value, (int, float)):
            raise TypeError(f"字段 '{self.name}' 必须是数字")
        return True

from datetime import date
class DateField(Field):
    def validate(self, value):
        if value is not None and not isinstance(value, date):
            raise TypeError(f"字段 '{self.name}' 必须是 date 类型")
        return True

挑战 2：自动序列化

修改 Model 类，添加 serialize() 和 deserialize() 方法，支持 JSON 序列化：

python
import json

class Model(metaclass=ModelMeta):
    # ... 已有代码 ...
    
    def serialize(self):
        """序列化为 JSON 字符串"""
        data = {}
        for name, field in self._fields.items():
            value = getattr(self, name)
            if isinstance(value, date):
                data[name] = value.isoformat()
            else:
                data[name] = value
        return json.dumps(data, ensure_ascii=False)
    
    @classmethod
    def deserialize(cls, json_str):
        """从 JSON 字符串反序列化"""
        data = json.loads(json_str)
        # 处理日期字段
        for name, field in cls._fields.items():
            if isinstance(field, DateField) and data.get(name):
                data[name] = date.fromisoformat(data[name])
        return cls(**data)

挑战 3：元类实现缓存

编写一个元类，自动为类的方法添加简单的缓存（memoization）：

python
class CacheMeta(type):
    def __new__(mcs, name, bases, attrs):
        for key, value in attrs.items():
            if callable(value) and not key.startswith('_'):
                attrs[key] = mcs._make_cached(value)
        return super().__new__(mcs, name, bases, attrs)
    
    @staticmethod
    def _make_cached(func):
        cache = {}
        def wrapper(*args):
            if args in cache:
                return cache[args]
            result = func(*args)
            cache[args] = result
            return result
        wrapper.__name__ = func.__name__
        return wrapper

class Fibonacci(metaclass=CacheMeta):
    def fib(self, n):
        if n < 2:
            return n
        return self.fib(n - 1) + self.fib(n - 2)

f = Fibonacci()
print(f.fib(50))  # 瞬间计算完成（无缓存会非常慢）

📝 反思

完成练习后，回答以下问题：

  1. 在什么场景下你会考虑使用元类？什么场景下应该避免？
  2. 元类和装饰器的主要区别是什么？
  3. 你觉得 Django 的 Model 系统设计得好在哪里？