Python函數(shù)裝飾器實(shí)現(xiàn)方法詳解

更新時(shí)間：2018年12月22日 08:51:14 作者：KLeonard

這篇文章主要介紹了Python函數(shù)裝飾器實(shí)現(xiàn)方法,結(jié)合實(shí)例形式較為詳細(xì)的分析了Python函數(shù)裝飾器的概念、功能、用法及相關(guān)操作注意事項(xiàng),需要的朋友可以參考下

本文實(shí)例講述了Python函數(shù)裝飾器實(shí)現(xiàn)方法。分享給大家供大家參考，具體如下：

編寫函數(shù)裝飾器

這里主要介紹編寫函數(shù)裝飾器的相關(guān)內(nèi)容。

跟蹤調(diào)用

如下代碼定義并應(yīng)用一個(gè)函數(shù)裝飾器，來統(tǒng)計(jì)對裝飾的函數(shù)的調(diào)用次數(shù)，并且針對每一次調(diào)用打印跟蹤信息。

class tracer:
  def __init__(self,func):
    self.calls = 0
    self.func = func
  def __call__(self,*args):
    self.calls += 1
    print('call %s to %s' %(self.calls, self.func.__name__))
    self.func(*args)
@tracer
def spam(a, b, c):
  print(a + b + c)

這是一個(gè)通過類裝飾的語法寫成的裝飾器，測試如下：

>>> spam(1,2,3)
call 1 to spam
6
>>> spam('a','b','c')
call 2 to spam
abc
>>> spam.calls
2
>>> spam
<__main__.tracer object at 0x03098410>

運(yùn)行的時(shí)候，tracer類和裝飾的函數(shù)分開保存，并且攔截對裝飾的函數(shù)的隨后的調(diào)用，以便添加一個(gè)邏輯層來統(tǒng)計(jì)和打印每次調(diào)用。

裝飾之后，spam實(shí)際上是tracer類的一個(gè)實(shí)例。

@裝飾器語法避免了直接地意外調(diào)用最初的函數(shù)?？紤]如下所示的非裝飾器的對等代碼：

calls = 0
def tracer(func,*args):
  global calls
  calls += 1
  print('call %s to %s'%(calls,func.__name__))
  func(*args)
def spam(a,b,c):
  print(a+b+c)

測試如下：

>>> spam(1,2,3)
6
>>> tracer(spam,1,2,3)
call 1 to spam
6

這一替代方法可以用在任何函數(shù)上，且不需要特殊的@語法，但是和裝飾器版本不同，它在代碼中調(diào)用函數(shù)的每個(gè)地方都需要額外的語法。盡管裝飾器不是必需的，但是它們通常是最為方便的。

擴(kuò)展——支持關(guān)鍵字參數(shù)

下述代碼時(shí)前面例子的擴(kuò)展版本，添加了對關(guān)鍵字參數(shù)的支持：

class tracer:
  def __init__(self,func):
    self.calls = 0
    self.func = func
  def __call__(self,*args,**kargs):
    self.calls += 1
    print('call %s to %s' %(self.calls, self.func.__name__))
    self.func(*args,**kargs)
@tracer
def spam(a, b, c):
  print(a + b + c)
@tracer
def egg(x,y):
  print(x**y)

測試如下：

>>> spam(1,2,3)
call 1 to spam
6
>>> spam(a=4,b=5,c=6)
call 2 to spam
15
>>> egg(2,16)
call 1 to egg
65536
>>> egg(4,y=4)
call 2 to egg
256

也可以看到，這里的代碼同樣使用【類實(shí)例屬性】來保存狀態(tài)，即調(diào)用的次數(shù)self.calls。包裝的函數(shù)和調(diào)用計(jì)數(shù)器都是針對每個(gè)實(shí)例的信息。

使用def函數(shù)語法寫裝飾器

使用def定義裝飾器函數(shù)也可以實(shí)現(xiàn)相同的效果。但是有一個(gè)問題，我們也需要封閉作用域中的一個(gè)計(jì)數(shù)器，它隨著每次調(diào)用而更改。我們可以很自然地想到全局變量，如下：

calls = 0
def tracer(func):
  def wrapper(*args,**kargs):
    global calls
    calls += 1
    print('call %s to %s'%(calls,func.__name__))
    return func(*args,**kargs)
  return wrapper
@tracer
def spam(a,b,c):
  print(a+b+c)
@tracer
def egg(x,y):
  print(x**y)

這里calls定義為全局變量，它是跨程序的，是屬于整個(gè)模塊的，而不是針對每個(gè)函數(shù)的，這樣的話，對于任何跟蹤的函數(shù)調(diào)用，計(jì)數(shù)器都會遞增，如下測試：

>>> spam(1,2,3)
call 1 to spam
6
>>> spam(a=4,b=5,c=6)
call 2 to spam
15
>>> egg(2,16)
call 3 to egg
65536
>>> egg(4,y=4)
call 4 to egg
256

可以看到針對spam函數(shù)和egg函數(shù)，程序用的是同一個(gè)計(jì)數(shù)器。

那么如何實(shí)現(xiàn)針對每一個(gè)函數(shù)的計(jì)數(shù)器呢，我們可以使用Python3中新增的nonlocal語句，如下：

def tracer(func):
  calls = 0
  def wrapper(*args,**kargs):
    nonlocal calls
    calls += 1
    print('call %s to %s'%(calls,func.__name__))
    return func(*args,**kargs)
  return wrapper
@tracer
def spam(a,b,c):
  print(a+b+c)
@tracer
def egg(x,y):
  print(x**y)
spam(1,2,3)
spam(a=4,b=5,c=6)
egg(2,16)
egg(4,y=4)

運(yùn)行如下：

call 1 to spam
6
call 2 to spam
15
call 1 to egg
65536
call 2 to egg
256

這樣，將calls變量定義在tracer函數(shù)內(nèi)部，使之存在于一個(gè)封閉的函數(shù)作用域中，之后通過nonlocal語句來修改這個(gè)作用域，修改這個(gè)calls變量。如此便可以實(shí)現(xiàn)我們所需求的功能。

陷阱：裝飾類方法

【注意，使用類編寫的裝飾器不能用于裝飾某一類中帶self參數(shù)的的函數(shù)，這一點(diǎn)在Python裝飾器基礎(chǔ)中介紹過】

即如果裝飾器是如下使用類編寫的：

class tracer:
  def __init__(self,func):
    self.calls = 0
    self.func = func
  def __call__(self,*args,**kargs):
    self.calls += 1
    print('call %s to %s'%(self.calls,self.func.__name__))
    return self.func(*args,**kargs)

當(dāng)它裝飾如下在類中的方法時(shí)：

class Person:
  def __init__(self,name,pay):
    self.name = name
    self.pay = pay
  @tracer
  def giveRaise(self,percent):
    self.pay *= (1.0 + percent)

這時(shí)程序肯定會出錯(cuò)。問題的根源在于，tracer類的__call__方法的self——它是一個(gè)tracer實(shí)例，當(dāng)我們用__call__把裝飾方法名重綁定到一個(gè)類實(shí)例對象的時(shí)候，Python只向self傳遞了tracer實(shí)例，它根本沒有在參數(shù)列表中傳遞Person主體。此外，由于tracer不知道我們要用方法調(diào)用處理的Person實(shí)例的任何信息，沒有辦法創(chuàng)建一個(gè)帶有一個(gè)實(shí)例的綁定的方法，所以也就沒有辦法正確地分配調(diào)用。

這時(shí)我們只能通過嵌套函數(shù)的方法來編寫裝飾器。

計(jì)時(shí)調(diào)用

下面這個(gè)裝飾器將對一個(gè)裝飾的函數(shù)的調(diào)用進(jìn)行計(jì)時(shí)——既有針對一次調(diào)用的時(shí)間，也有所有調(diào)用的總的時(shí)間。

import time
class timer:
  def __init__(self,func):
    self.func = func
    self.alltime = 0
  def __call__(self,*args,**kargs):
    start = time.clock()
    result = self.func(*args,**kargs)
    elapsed = time.clock()- start
    self.alltime += elapsed
    print('%s:%.5f,%.5f'%(self.func.__name__,elapsed,self.alltime))
    return result
@timer
def listcomp(N):
  return [x*2 for x in range(N)]
@timer
def mapcall(N):
  return list(map((lambda x :x*2),range(N)))
result = listcomp(5)
listcomp(50000)
listcomp(500000)
listcomp(1000000)
print(result)
print('allTime = %s'%listcomp.alltime)
print('')
result = mapcall(5)
mapcall(50000)
mapcall(500000)
mapcall(1000000)
print(result)
print('allTime = %s'%mapcall.alltime)
print('map/comp = %s '% round(mapcall.alltime/listcomp.alltime,3))

運(yùn)行結(jié)果如下：

listcomp:0.00001,0.00001
listcomp:0.00885,0.00886
listcomp:0.05935,0.06821
listcomp:0.11445,0.18266
[0, 2, 4, 6, 8]
allTime = 0.18266365607537918
mapcall:0.00002,0.00002
mapcall:0.00689,0.00690
mapcall:0.08348,0.09038
mapcall:0.16906,0.25944
[0, 2, 4, 6, 8]
allTime = 0.2594409060462425
map/comp = 1.42

這里要注意的是，map操作在Python3中返回一個(gè)迭代器，所以它的map操作不能和一個(gè)列表解析的工作直接對應(yīng)，即實(shí)際上它并不花時(shí)間。所以要使用list(map())來迫使它像列表解析那樣構(gòu)建一個(gè)列表

添加裝飾器參數(shù)

有時(shí)我們需要裝飾器來做一個(gè)額外的工作，比如提供一個(gè)輸出標(biāo)簽并且可以打開或關(guān)閉跟蹤消息。這就需要用到裝飾器參數(shù)了，我們可以使用裝飾器參數(shù)來制定配置選項(xiàng)，這些選項(xiàng)可以根據(jù)每個(gè)裝飾的函數(shù)而編碼。例如，像下面這樣添加標(biāo)簽：

def timer(label = ''):
  def decorator(func):
    def onCall(*args):
      ...
      print(label,...)
    return onCall
  return decorator
@timer('==>')
def listcomp(N):...

我們可以將這樣的結(jié)果用于計(jì)時(shí)器中，來允許在裝飾的時(shí)候傳入一個(gè)標(biāo)簽和一個(gè)跟蹤控制標(biāo)志。比如，下面這段代碼：

import time
def timer(label= '', trace=True):
  class Timer:
    def __init__(self,func):
      self.func = func
      self.alltime = 0
    def __call__(self,*args,**kargs):
      start = time.clock()
      result = self.func(*args,**kargs)
      elapsed = time.clock() - start
      self.alltime += elapsed
      if trace:
        ft = '%s %s:%.5f,%.5f'
        values = (label,self.func.__name__,elapsed,self.alltime)
        print(format % value)
      return result
  return Timer

這個(gè)計(jì)時(shí)函數(shù)裝飾器可以用于任何函數(shù)，在模塊中和交互模式下都可以。我們可以在交互模式下測試，如下：

>>> @timer(trace = False)
def listcomp(N):
  return [x * 2 for x in range(N)]
>>> x = listcomp(5000)
>>> x = listcomp(5000)
>>> x = listcomp(5000)
>>> listcomp
<__main__.timer.<locals>.Timer object at 0x036DCC10>
>>> listcomp.alltime
0.0011475424533080223
>>>
>>> @timer(trace=True,label='\t=>')
def listcomp(N):
  return [x * 2 for x in range(N)]
>>> x = listcomp(5000)
  => listcomp:0.00036,0.00036
>>> x = listcomp(5000)
  => listcomp:0.00034,0.00070
>>> x = listcomp(5000)
  => listcomp:0.00034,0.00104
>>> listcomp.alltime
0.0010432902706075842

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希望本文所述對大家Python程序設(shè)計(jì)有所幫助。

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