1. 什么是ORM框架
ORM 框架的全称是Object-Relational Mapping，翻译成中文就是对象-关系映射。在软件开发中，ORM 框架为开发人员提供了更简单的方法来实现应用于关系型数据库中的对象操作。ORM 框架将数据库中的关系数据映射到对象模型中，提供了更多的面向对象化的数据操作视图。因此，ORM 框架是将程序开发人员从 SQL 数据库的关系视图中解放出来的。
2. 元类介绍
2.1 什么是元类
在 Python 中，元类是一个创建类的类。它会定义这些类在运行时的行为，正如类会定义实例的行为一样。元类允许我们控制如何创建类。
2.2 元类的作用
元类的作用是控制如何创建类，可以理解为元类负责制造出类。元类的出现，使得我们可以在创建类的时候，修改类的定义，来达到修改类的行为的目的。在实际开发中，元类的应用场景很少，但是在某些情况下，元类可以帮助我们简化代码的实现，同时还能提高代码的灵活性和开发效率。
3. 使用元类实现ORM框架
3.1 ORM框架介绍
在本文中，我们将使用元类来创建一个ORM框架。ORM框架将用于将 Python 中的对象映射到数据库表中，并且向数据库表中写入数据，同时还能够从数据库中读取数据，并返回 Python 对象。这样，开发人员就可以用更简便的方式实现数据的存储和读取。
3.2 类的定义部分
ORM 框架将使用三个基本的类来实现创建表、插入记录和查询记录。为了让 ORM 框架能够创建这些类，我们必须通过元类来制定创建这些类的规则。以下是基本类 model、field 和 SQLMeta 的定义：
class ModelMeta(type):
def __new__(cls, name, bases, attrs):
if name == 'Model':
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
table_name = attrs.get('table_name', None)
if not table_name:
table_name = name.lower()
fields = {k: v for k, v in attrs.items() if isinstance(v, Field)}
mappings = {k: v for k, v in attrs.items() if isinstance(v, Mapping)}
attrs_meta = attrs.get('Meta', None)
if attrs_meta:
table_name = getattr(attrs_meta, 'table_name', table_name)
attrs['__table__'] = table_name
attrs['__mappings__'] = mappings
attrs['__fields__'] = fields
attrs['__primary_key__'] = attrs.get('__primary_key__', None)
for field_name in fields.keys():
attrs[field_name] = fields[field_name]
return type.__new__(cls, name, bases, attrs)
class Model(metaclass=ModelMeta):
def __init__(self, *args, **kwargs):
for k, v in kwargs.items():
setattr(self, k, v)
def save(self):
field_values = []
field_items = list(self.__mappings__.items())
primary_key = None
for k, v in field_items:
if v.primary_key:
primary_key = v
else:
if getattr(self, k) is None:
field_values.append(None)
else:
field_values.append(getattr(self, k))
field_names = list(map(lambda x: x[0], field_items))
field_values.append(getattr(self, '__primary_key__', None))
params = ', '.join(['%s' for _ in range(len(field_values))])
sql = 'REPLACE INTO %s (%s) VALUES (%s)' % (self.__get_table_name__(),
', '.join(field_names), params)
execute_sql(sql, tuple(field_values))
def __get_table_name__(self):
return self.__table__
在上述代码中，我们定义了三个类：ModelMeta、Model 和 SQLMeta。ModelMeta 是一个元类，用于创建类的定义；Model 是一个抽象基础类，用于定义数据库框架中的模型；SQLMeta 是一个基础类，用于定义需要向数据库发送的 SQL 语句。
3.3 Field类的定义
我们需要定义一个 Field 类，以用于构建表中的字段。Field 类有名称、类型和属性，我们可以使用 setattr() 函数将这些属性添加到类的属性字典中。以下是 Field 类的定义：
class Field(object):
def __init__(self, name, column_type, primary_key=False, default=None):
self.name = name
self.column_type = column_type
self.primary_key = primary_key
self.default = default
def __str__(self):
return '<%s, %s:%s>' % (self.__class__.__name__, self.column_type, self.name)
class Mapping(dict):
def __getattr__(self, name):
if name not in self:
raise AttributeError('key %s not found' % name)
return self[name]
def __setattr__(self, name, value):
self[name] = value
3.4 SQLMeta类的定义
为了像数据库发送 SQL 语句，我们需要定义一个 SQLMeta 类。这个类有一些基本函数来组成 INSERT、DELETE 和 UPDATE 等 SQL 语句，针对不同的需求会用到不同的 SQL 语句。以下是 SQLMeta 类的定义：
class SQLMeta(object):
@staticmethod
def execute(sql, params):
pass
@classmethod
def get(cls, pk):
pass
@classmethod
def select(cls, where=None, args=None, **kwargs):
pass
@classmethod
def delete(cls, where=None, args=None):
pass
@classmethod
def update(cls, where=None, args=None, **kwargs):
pass
3.5 使用ORM框架创建表
现在我们可以使用 ORM 框架来创建表了。ORM 框架会自动将定义的类转换为相应的表。以下是一个简单的例子:
class User(Model):
name = Field(name='name', column_type='varchar(50)')
email = Field(name='email', column_type='varchar(50)')
password = Field(name='password', column_type='varchar(50)')
age = Field(name='age', column_type='int')
create_time = Field(name='create_time', column_type='datetime', default=datetime.datetime.now)
class Meta:
table_name = 'user'
在上述代码中，我们定义了一个 User 类，并分别为类的属性定义了名称、类型和属性。其中，Meta 类用于定义表名。为了创建 User 表，在调用 ORM 框架时，我们需要 export_tables() 函数。这个函数提供了一个函数接口来创建表。
if __name__ == '__main__':
export_tables()
调用 export_tables() 函数后，ORM 框架会自动将 User 类转换为相应的表，并将其存储在数据库中。同时 User 类的属性字段将被解析并存储在表中。
3.6 插入记录和查询记录
现在，我们可以使用 ORM 框架向 User 表中插入数据了，以下是一个简单的例子：
user = User(name='Simone', email='simone@test.com', password='123456', age=27)
user.save()
上面的代码实例化 User 类并将其保存到数据库中。 ORM 框架将自动将区域映射到表中。如果我们想要更新 User 记录，我们可以使用如下代码：
user = User.get(pk=1)
user.age = 29
user.save()
在上述代码中，我们通过 get() 方法获取 Users 表中的记录。然后，我们将 age 字段的值更改为 29，并将更改的记录提交到数据库中。
如果我们想要查询 User 表中的记录，可以使用如下代码：
users = User.select()上述代码将返回 User 表中的所有记录的 User 对象列表。
4 总结
在本文中，我们用元类实现了一个简单的 ORM 框架，用于映射 Python 代码到数据库表。ORM 框架将类的属性字段存储到数据库表中，并可以向表中插入、更新和查询数据。在开发大型 Python 应用程序时，ORM 框架可以提高代码的可维护性和开发效率。通过这篇文章的学习，读者应该可以理解元类和 ORM 框架的概念，以及如何使用 Python 元类实现 ORM 框架。