11.29 Метаклассы и аннотации

FIXME: "вроде просто" сформулированные упражненьки на метаклассы/аннотации оказываются сложными из-за нагрузки на голову, ибо сам материал сложный.

FIXME: Пока просто публикуем планируемые результаты упражнений, к следующему году надо переделать: забить на mypy и вставить больше демо

FIXME: Просмотреть на предмет достаточности примеров для решения Д/З

Метаклассы

• Зачем (не) нужны

• Создание класса с помощью type(имя, родители, атрибуты)

• Создать класс C, который работал бы так:

     1 >>> C.var
     2 100500
     3 >>> c = C(123)
     4 >>> c.var
     5 123
     6 
  

  • Если получится — в одну строку (__init__ задать лямбдой + setattr())

• «Шумный» метаклаcc, в котором переопределены 4 метода

• Написать метакласс Both, при создании класса с помощью которого можно передавать два именных параметра: final= и single=. Если соответствующий параметр непуст, порождаемый класс не может выступать в роли предка и/или является синглтоном

  • FIXME: упражненька тяжеловата оказалась

       1 class Both(type):
       2     _instance = None
       3 
       4     def __call__(cls, *args, **kw):
       5         if not cls._single or cls._instance is None:
       6             cls._instance = super().__call__(*args, **kw)
       7         return cls._instance
       8 
       9     def __new__(metacls, name, parents, namespace, **flags):
      10         cls = super().__new__(metacls, name, parents, namespace)
      11         cls._single = flags.get("single", False)
      12         cls._final = flags.get("final", False)
      13         for cls in parents:
      14             if isinstance(cls, Both) and cls._final:
      15                 raise TypeError(f"{cls.__name__} is final")
      16         return cls
    

Аннотации

• зачем (не) нужны)

• Написать простой аннотированный класс и посмотреть в нём аннотации

• как из кода добраться до аннотации функции (метода класса)

• TODO пока публикуем результат. Написать класс, в котором __init__() , проверяет с помощью isinstance() тип единственного передаваемого параметра согласно аннотации; иначе — TypeError()

     1 from inspect import get_annotations as ann
     2 
     3 class C:
     4 
     5     def __init__(self, v: int):
     6         a = ann(self.__class__.__init__)
     7         if not isinstance(v, a["v"]):
     8             raise TypeError(f"v must be {a}")
  

TODO На этом всё застряло

• Аннотации составных типов данных (list[int])

• Модифицировать предыдущее упражнение так, чтобы __init__() допускал в качестве параметра только итерируемую последовательность данных (как минимум, список или кортеж) определённого типа. Тип последовательности и тип данных задаётся аннотацией

mypy/mypyc

• Установка и использование mypy

• Написать функцию, которая вычисляет число Пи по формуле лейбница, добиться её работоспособности и отсутствия ошибок mypy --strict

• Использование mypyc

• Сравнение производительности скомпилированной и интерпретируемой программы

  • Возьмите пример с рекурсивной сортировкой слиянием, поместите его в файл merge.py:

       1 import random
       2 
       3 def merge(sp1, sp2):
       4     result = []
       5     while sp1 and sp2:
       6         if sp1[0] < sp2[0]:
       7             h, *sp1 = sp1
       8         else:
       9             h, *sp2 = sp2
      10         result.append(h)
      11     result.extend(sp1)
      12     result.extend(sp2)
      13     return result
      14 
      15 def merge_sort(sp):
      16     if len(sp) <= 1:
      17         return sp
      18     m = len(sp)//2
      19     sp1, sp2 = merge_sort(sp[:m]), merge_sort(sp[m:])
      20     return merge(sp1, sp2)
    

  • запустите пример в интерпретаторе Python, затем скомпилируйте с помощью mypyc и запустите скомпилированный пример.

       1 $ python -m timeit -s 'import merge' 'merge.merge_sort(random.choices(range(100),k=30000))'
       2 $ mypyc merge.py
       3 $ python -m timeit -s 'import merge' 'merge.merge_sort(random.choices(range(100),k=30000))'
    

  • сравните выведенные при запусках длительности выполнения

Д/З

Напомнить людям про перекрёстное тестирование

• Задача_1. Написать метакласс dump, который "обмазывает" все имеющиеся в словаре методы класса выводом имени метода и значений его параметров (*args, **kwargs)

  • через параметры методов передаются только значения типов str, int, float и bool (и никаких других типов)

  • методы задаются только классическим путём (def метод()…)

  • не используются декораторы методов (например, нет статических методов и методов класса)

  • формат вывода: имя_метода: кортеж_args, словарь_kwargs

  • вывод должен осуществляться при каждом вызове метода
  • Пример:

       1 class C(metaclass=dump):
       2     def __init__(self, val):
       3         self.val = val
       4 
       5     def add(self, other, another=None):
       6         return self.val + other + (another or self.val)
       7 
       8 c = C(10)
       9 print(c.add(9))
      10 print(c.add(9,another=10))
    

    • →

    __init__: (10,), {}
    add: (9,), {}
    29
    add: (9,), {'another': 10}
    29

• Задача_2. Написать метакласс check, который добавляет в создаваемый класс метод check_annotations(), возвращающий True, если типы всех аннотированных полей объекта (а) существуют и (б) соответствуют аннотации, и False в противном случае

  • Если поле имеет составной тип, например list[int], проверять только соответствие типу list

    • Подсказка: такая конструкция имеет тип types.GenericAlias, а тип объекта хранится в поле .__origin__

  • Если ни сама аннотация, ни тип, хранящийся в дженерике не совпадают ни с типом объекта, проверка соответствия неуспешна
  • Методы проверять не надо
  • Пример:

       1 class C(metaclass=check):
       2     A: list[int]
       3     B: str = "QQ"
       4 
       5 c = C()
       6 print(c.check_annotations())
       7 c.A = "ZZ"
       8 print(c.check_annotations())
       9 c.A = [100500, 42, 0]
      10 print(c.check_annotations())
      11 c.B = type("Boo",(str,),{})(42)
      12 print(c.check_annotations())
      13 c.A = ["FALSE"]
      14 print(c.check_annotations())
    

    • →

    False
    False
    True
    True
    True