17. Продвинутые темы #

Продвинутые возможности Python открывают двери для создания гибких, мощных и высокопроизводительных приложений. Эти темы включают метаклассы, декораторы, контекстные менеджеры и работу с C-расширениями.

17.1. Метаклассы #

Метаклассы управляют созданием классов. Они позволяют изменять или добавлять поведение на уровне классов.

Как работают метаклассы #

Класс создается функцией type().
Метакласс можно задать через параметр metaclass.

Пример: контроль за созданием атрибутов #

class Meta(type):
    def __new__(cls, name, bases, dct):
        if "required_method" not in dct:
            raise TypeError(f"Класс {name} должен содержать метод required_method")
        return super().__new__(cls, name, bases, dct)

class Base(metaclass=Meta):
    def required_method(self):
        pass  # Обязательный метод

# Класс без метода вызовет ошибку
# class InvalidClass(Base):
#     pass  # TypeError: Класс InvalidClass должен содержать метод required_method

Пример: автоматическое добавление атрибутов #

class AutoAttributes(type):
    def __new__(cls, name, bases, dct):
        dct["auto_attribute"] = "Добавлено метаклассом"
        return super().__new__(cls, name, bases, dct)

class MyClass(metaclass=AutoAttributes):
    pass

print(MyClass.auto_attribute)  # "Добавлено метаклассом"

17.2. Декораторы и контекстные менеджеры #

Декораторы #

Декораторы — функции, изменяющие или дополняющие поведение других функций или классов.

Пример: логирование вызовов функций #

def logger(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"Вызов функции {func.__name__} с аргументами {args}, {kwargs}")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@logger
def add(a, b):
    return a + b

print(add(2, 3))

Пример: декоратор с параметрами #

def repeat(n):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for _ in range(n):
                func(*args, **kwargs)
        return wrapper
    return decorator

@repeat(3)
def greet():
    print("Привет!")

greet()

Контекстные менеджеры #

Контекстные менеджеры управляют ресурсами, обеспечивая их автоматическое освобождение.

Пример: создание собственного контекстного менеджера #

class Resource:
    def __enter__(self):
        print("Ресурс открыт")
        return self

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        print("Ресурс закрыт")

with Resource() as res:
    print("Работа с ресурсом")

Контекстный менеджер с `contextlib` #

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def custom_context():
    print("Входим в контекст")
    yield
    print("Выходим из контекста")

with custom_context():
    print("Работа внутри контекста")

17.3. Работа с C-расширениями #

C-расширения используются для повышения производительности или интеграции с существующими библиотеками на C.

Модуль `ctypes` #

Позволяет вызывать функции из библиотек на C.

Пример: вызов функции из стандартной библиотеки #

import ctypes

libc = ctypes.CDLL("libc.so.6")
libc.printf(b"Привет из C!\n")

Использование `Cython` #

Cython компилирует Python-код в C, обеспечивая ускорение.

Установка #

pip install cython

Пример: ускорение Python-функции #

Создайте файл example.pyx:

def add(int a, int b):
    return a + b

Создайте файл setup.py:

from setuptools import setup
from Cython.Build import cythonize

setup(
    ext_modules=cythonize("example.pyx")
)

Скомпилируйте модуль:
```
python setup.py build_ext --inplace
```

Используйте:

from example import add
print(add(2, 3))  # 5

Создание расширения на C #

Напишите файл example.c:

#include <Python.h>

static PyObject* say_hello(PyObject* self, PyObject* args) {
    return Py_BuildValue("s", "Привет из C!");
}

static PyMethodDef methods[] = {
    {"say_hello", say_hello, METH_NOARGS, "Приветствие"},
    {NULL, NULL, 0, NULL}
};

static struct PyModuleDef module = {
    PyModuleDef_HEAD_INIT, "example", NULL, -1, methods
};

PyMODINIT_FUNC PyInit_example(void) {
    return PyModule_Create(&module);
}

Скомпилируйте:

gcc -shared -o example.so -I/usr/include/python3.8 -fPIC example.c