【Python基础】Python 装饰器（优雅的代码增强工具）

本文收录于 《Python编程入门》专栏，从零基础开始，分享一些Python编程基础知识，欢迎关注，谢谢！

一、前言

在Python编程的世界里，装饰器是一种独特且强大的工具，它允许程序员在不修改原函数代码的情况下，为函数添加新的功能或行为。

本文将带您探索装饰器的奥秘，看看它们是如何工作的，以及它们能为我们带来哪些便利。

• 什么是Python？

  Python是由荷兰人吉多·范罗苏姆于1990年初设计的一门高级编程语言，该语言应用领域非常广泛，尤其在数据科学、人工智能、游戏开发等领域，它已经成为最受欢迎的程序设计语言之一，非常适合新手学习。

  Python语言标准库官方使用手册：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/turtle.html#turtle-methods

• Python语言有哪些特点？

  1.易于学习：Python有相对较少的关键字，结构简单，和一个明确定义的语法，学习起来更加简单。

  2.易于阅读：Python代码定义的更清晰。

  3.易于维护：Python的成功在于它的源代码是相当容易维护的。

  4.丰富的库：Python的最大的优势之一具有丰富的标准库，并且跨平台的，在UNIX，Windows和Mac兼容很好。

  5.面向对象：Python支持面向对象编程，在“面向对象”的语言中，程序是由数据和功能组合而成的对象构建起来的。

  6.可移植：基于其开放源代码的特性，Python已经被移植（也就是使其工作）到许多平台。

  7.可扩展：如果你需要一段运行很快的关键代码，或者是想要编写一些不愿开放的算法，你可以使用C或C++完成那部分程序，然后从你的Python程序中调用。

  8.可嵌入: 你可以将Python嵌入到C/C++程序，让你的程序的用户获得"脚本化"的能力。

  

二、装饰器基础

装饰器本质上是一个函数，它接受另一个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个新的函数通常在原函数的基础上增加了一些额外的行为。

例如，我们有一个简单的函数 foo()：

def foo():
    print('hello foo')

如果我们希望在调用 foo() 时记录函数的执行时间，可以使用装饰器，如下：

import time

# 定义一个装饰器函数，记录执行时间
def show_time(func):
    def wrapper():
        start_time = time.time()
        func()
        end_time = time.time()
        duration = end_time - start_time
        print(f"函数 {func.__name__} 执行时间为：{duration:.3f} 秒")
    return wrapper

# 调用装饰器函数，记录执行时间
@show_time
def foo():
    print('hello foo')
    time.sleep(3)

foo()

"""
输出：
hello foo
函数 foo 执行时间为：3.002 秒
"""

在上述例子中，show_time 是一个装饰器，它接受函数 foo 作为参数，并返回一个新的函数 wrapper。wrapper 函数在调用 func() 前后记录时间，从而实现了在不修改 foo 函数代码的情况下，增加了时间记录的功能。

三、语法糖 @

Python 提供了 @ 语法糖来简化装饰器的使用。在定义 foo 函数时使用 @show_time，避免了显式地将 foo 函数传递给 show_time 并赋值的步骤，如下：

# 使用@ 语法糖方式，调用装饰器函数，记录执行时间
@show_time
def foo():
    print('hello foo')
    time.sleep(3)

四、带参数的装饰器

有时我们希望装饰器能够接收参数，以便根据不同的需求进行定制。

例如，我们希望根据标志决定是否将执行时间记录到日志中。

import time

# 定义一个装饰器函数，记录执行时间
def time_logger(flag):
    def show_time(func):
        def wrapper():
            start_time = time.time()
            func()
            end_time = time.time()
            duration = end_time - start_time
            print(f"函数 {func.__name__} 执行时间为：{duration:.3f} 秒")
            if flag:
                print('将这个操作的时间记录到日志中')
        return wrapper
    return show_time

# 调用装饰器函数，记录执行时间
@time_logger(flag=True)
def foo():
    print('hello foo')
    time.sleep(3)

foo()

"""
输出
hello foo
函数 foo 执行时间为：3.013 秒
将这个操作的时间记录到日志中

"""

在这个例子中，time_logger 是一个带有参数的装饰器，它返回一个内部装饰器 show_time。通过 @time_logger(flag=True)，我们可以在不修改 bar 函数代码的前提下，根据 flag 的值来决定是否记录日志。

五、多层装饰器

多层装饰器允许我们在函数上应用多个装饰器，从而实现更复杂的功能。装饰器的执行顺序是从最外层向内层执行，而调用顺序则相反，从内层向外层执行。

例如：

# 定义装饰器make_bold
def make_bold(func):
    def wrapper():
        return "<b>" + func() + "</b>"
    return wrapper

# 定义装饰器make_italic
def make_italic(func):
    def wrapper():
        return "<i>" + func() + "</i>"
    return wrapper

# 使用装饰器make_bold和装饰器make_italic
@make_bold
@make_italic
def hello():
    return "hello alvin"

print(hello())  # 输出：<b><i>hello alvin</i></b>

在上述例子中，hello 函数先被 make_italic 装饰，再被 make_bold 装饰。因此，hello() 的返回值首先被 make_italic 包裹，再被 make_bold 包裹。

六、总结

Python 装饰器是一种优雅的代码增强工具，它允许我们在不修改原函数代码的情况下，为函数添加额外的功能。装饰器广泛应用于日志记录、性能测试、事务处理、缓存和权限校验等场景。掌握装饰器的使用，可以显著提高代码的复用性和可读性，使程序设计更加灵活和模块化。

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