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Python中的裝飾器用法詳解

 更新時間:2015年01月14日 11:09:57   投稿:shichen2014  
這篇文章主要介紹了Python中的裝飾器用法,以實例形式詳細的分析了Python中的裝飾器的使用技巧及相關注意事項,具有一定參考借鑒價值,需要的朋友可以參考下

本文實例講述了Python中的裝飾器用法。分享給大家供大家參考。具體分析如下:

這里還是先由stackoverflow上面的一個問題引起吧,如果使用如下的代碼:

復制代碼 代碼如下:
@makebold
@makeitalic
def say():
   return "Hello"

打印出如下的輸出:

<b><i>Hello<i></b>
你會怎么做?最后給出的答案是:

復制代碼 代碼如下:
def makebold(fn):
    def wrapped():
        return "<b>" + fn() + "</b>"
    return wrapped
 
def makeitalic(fn):
    def wrapped():
        return "<i>" + fn() + "</i>"
    return wrapped
 
@makebold
@makeitalic
def hello():
    return "hello world"
 
print hello() ## 返回 <b><i>hello world</i></b>

現(xiàn)在我們來看看如何從一些最基礎的方式來理解Python的裝飾器。

裝飾器是一個很著名的設計模式,經常被用于有切面需求的場景,較為經典的有插入日志、性能測試、事務處理等。裝飾器是解決這類問題的絕佳設計,有了裝飾器,我們就可以抽離出大量函數(shù)中與函數(shù)功能本身無關的雷同代碼并繼續(xù)重用。概括的講,裝飾器的作用就是為已經存在的對象添加額外的功能。

1.1. 需求是怎么來的?

裝飾器的定義很是抽象,我們來看一個小例子。

復制代碼 代碼如下:
def foo():
    print 'in foo()'
foo()

這是一個很無聊的函數(shù)沒錯。但是突然有一個更無聊的人,我們稱呼他為B君,說我想看看執(zhí)行這個函數(shù)用了多長時間,好吧,那么我們可以這樣做:
復制代碼 代碼如下:
import time
def foo():
    start = time.clock()
    print 'in foo()'
    end = time.clock()
    print 'used:', end - start
 
foo()

很好,功能看起來無懈可擊。可是蛋疼的B君此刻突然不想看這個函數(shù)了,他對另一個叫foo2的函數(shù)產生了更濃厚的興趣。

怎么辦呢?如果把以上新增加的代碼復制到foo2里,這就犯了大忌了~復制什么的難道不是最討厭了么!而且,如果B君繼續(xù)看了其他的函數(shù)呢?

1.2. 以不變應萬變,是變也

還記得嗎,函數(shù)在Python中是一等公民,那么我們可以考慮重新定義一個函數(shù)timeit,將foo的引用傳遞給他,然后在timeit中調用foo并進行計時,這樣,我們就達到了不改動foo定義的目的,而且,不論B君看了多少個函數(shù),我們都不用去修改函數(shù)定義了!

復制代碼 代碼如下:
import time
 
def foo():
    print 'in foo()'
 
def timeit(func):
    start = time.clock()
    func()
    end =time.clock()
    print 'used:', end - start
 
timeit(foo)

看起來邏輯上并沒有問題,一切都很美好并且運作正常!……等等,我們似乎修改了調用部分的代碼。原本我們是這樣調用的:foo(),修改以后變成了:timeit(foo)。這樣的話,如果foo在N處都被調用了,你就不得不去修改這N處的代碼。或者更極端的,考慮其中某處調用的代碼無法修改這個情況,比如:這個函數(shù)是你交給別人使用的。

1.3. 最大限度地少改動!

既然如此,我們就來想想辦法不修改調用的代碼;如果不修改調用代碼,也就意味著調用foo()需要產生調用timeit(foo)的效果。我們可以想到將timeit賦值給foo,但是timeit似乎帶有一個參數(shù)……想辦法把參數(shù)統(tǒng)一吧!如果timeit(foo)不是直接產生調用效果,而是返回一個與foo參數(shù)列表一致的函數(shù)的話……就很好辦了,將timeit(foo)的返回值賦值給foo,然后,調用foo()的代碼完全不用修改!

復制代碼 代碼如下:
#-*- coding: UTF-8 -*-
import time
 
def foo():
    print 'in foo()'
 
# 定義一個計時器,傳入一個,并返回另一個附加了計時功能的方法
def timeit(func):
    
    # 定義一個內嵌的包裝函數(shù),給傳入的函數(shù)加上計時功能的包裝
    def wrapper():
        start = time.clock()
        func()
        end =time.clock()
        print 'used:', end - start
    
    # 將包裝后的函數(shù)返回
    return wrapper
 
foo = timeit(foo)
foo()

這樣,一個簡易的計時器就做好了!我們只需要在定義foo以后調用foo之前,加上foo = timeit(foo),就可以達到計時的目的,這也就是裝飾器的概念,看起來像是foo被timeit裝飾了。在在這個例子中,函數(shù)進入和退出時需要計時,這被稱為一個橫切面(Aspect),這種編程方式被稱為面向切面的編程(Aspect-Oriented Programming)。與傳統(tǒng)編程習慣的從上往下執(zhí)行方式相比較而言,像是在函數(shù)執(zhí)行的流程中橫向地插入了一段邏輯。在特定的業(yè)務領域里,能減少大量重復代碼。面向切面編程還有相當多的術語,這里就不多做介紹,感興趣的話可以去找找相關的資料。

這個例子僅用于演示,并沒有考慮foo帶有參數(shù)和有返回值的情況,完善它的重任就交給你了 :)

上面這段代碼看起來似乎已經不能再精簡了,Python于是提供了一個語法糖來降低字符輸入量。

復制代碼 代碼如下:
import time
 
def timeit(func):
    def wrapper():
        start = time.clock()
        func()
        end =time.clock()
        print 'used:', end - start
    return wrapper
 
@timeit
def foo():
    print 'in foo()'
 
foo()

重點關注第11行的@timeit,在定義上加上這一行與另外寫foo = timeit(foo)完全等價,千萬不要以為@有另外的魔力。除了字符輸入少了一些,還有一個額外的好處:這樣看上去更有裝飾器的感覺。

要理解python的裝飾器,我們首先必須明白在Python中函數(shù)也是被視為對象。這一點很重要。先看一個例子:

復制代碼 代碼如下:
def shout(word="yes") :
    return word.capitalize()+" !"
 
print shout()
# 輸出 : 'Yes !'
 
# 作為一個對象,你可以把函數(shù)賦給任何其他對象變量
 
scream = shout
 
# 注意我們沒有使用圓括號,因為我們不是在調用函數(shù)
# 我們把函數(shù)shout賦給scream,也就是說你可以通過scream調用shout
 
print scream()
# 輸出 : 'Yes !'
 
# 還有,你可以刪除舊的名字shout,但是你仍然可以通過scream來訪問該函數(shù)
 
del shout
try :
    print shout()
except NameError, e :
    print e
    #輸出 : "name 'shout' is not defined"
 
print scream()
# 輸出 : 'Yes !'

我們暫且把這個話題放旁邊,我們先看看python另外一個很有意思的屬性:可以在函數(shù)中定義函數(shù):
復制代碼 代碼如下:
def talk() :
 
    # 你可以在talk中定義另外一個函數(shù)
    def whisper(word="yes") :
        return word.lower()+"...";
 
    # ... 并且立馬使用它
 
    print whisper()
 
# 你每次調用'talk',定義在talk里面的whisper同樣也會被調用
talk()
# 輸出 :
# yes...
 
# 但是"whisper" 不會單獨存在:
 
try :
    print whisper()
except NameError, e :
    print e
    #輸出 : "name 'whisper' is not defined"*

函數(shù)引用

從以上兩個例子我們可以得出,函數(shù)既然作為一個對象,因此:

1. 其可以被賦給其他變量

2. 其可以被定義在另外一個函數(shù)內

這也就是說,函數(shù)可以返回一個函數(shù),看下面的例子:

復制代碼 代碼如下:
def getTalk(type="shout") :
 
    # 我們定義另外一個函數(shù)
    def shout(word="yes") :
        return word.capitalize()+" !"
 
    def whisper(word="yes") :
        return word.lower()+"...";
 
    # 然后我們返回其中一個
    if type == "shout" :
        # 我們沒有使用(),因為我們不是在調用該函數(shù)
        # 我們是在返回該函數(shù)
        return shout
    else :
        return whisper
 
# 然后怎么使用呢 ?
 
# 把該函數(shù)賦予某個變量
talk = getTalk()    
 
# 這里你可以看到talk其實是一個函數(shù)對象:
print talk
#輸出 : <function shout at 0xb7ea817c>
 
# 該對象由函數(shù)返回的其中一個對象:
print talk()
 
# 或者你可以直接如下調用 :
print getTalk("whisper")()
#輸出 : yes...

還有,既然可以返回一個函數(shù),我們可以把它作為參數(shù)傳遞給函數(shù):
復制代碼 代碼如下:
def doSomethingBefore(func) :
    print "I do something before then I call the function you gave me"
    print func()
 
doSomethingBefore(scream)
#輸出 :
#I do something before then I call the function you gave me
#Yes !

這里你已經足夠能理解裝飾器了,其他它可被視為封裝器。也就是說,它能夠讓你在裝飾前后執(zhí)行代碼而無須改變函數(shù)本身內容。

手工裝飾

那么如何進行手動裝飾呢?

復制代碼 代碼如下:
# 裝飾器是一個函數(shù),而其參數(shù)為另外一個函數(shù)
def my_shiny_new_decorator(a_function_to_decorate) :
 
    # 在內部定義了另外一個函數(shù):一個封裝器。
    # 這個函數(shù)將原始函數(shù)進行封裝,所以你可以在它之前或者之后執(zhí)行一些代碼
    def the_wrapper_around_the_original_function() :
 
        # 放一些你希望在真正函數(shù)執(zhí)行前的一些代碼
        print "Before the function runs"
 
        # 執(zhí)行原始函數(shù)
        a_function_to_decorate()
 
        # 放一些你希望在原始函數(shù)執(zhí)行后的一些代碼
        print "After the function runs"
 
    #在此刻,"a_function_to_decrorate"還沒有被執(zhí)行,我們返回了創(chuàng)建的封裝函數(shù)
    #封裝器包含了函數(shù)以及其前后執(zhí)行的代碼,其已經準備完畢
    return the_wrapper_around_the_original_function
 
# 現(xiàn)在想象下,你創(chuàng)建了一個你永遠也不遠再次接觸的函數(shù)
def a_stand_alone_function() :
    print "I am a stand alone function, don't you dare modify me"
 
a_stand_alone_function()
#輸出: I am a stand alone function, don't you dare modify me
 
# 好了,你可以封裝它實現(xiàn)行為的擴展。可以簡單的把它丟給裝飾器
# 裝飾器將動態(tài)地把它和你要的代碼封裝起來,并且返回一個新的可用的函數(shù)。
a_stand_alone_function_decorated = my_shiny_new_decorator(a_stand_alone_function)
a_stand_alone_function_decorated()
#輸出 :
#Before the function runs
#I am a stand alone function, don't you dare modify me
#After the function runs

現(xiàn)在你也許要求當每次調用a_stand_alone_function時,實際調用卻是a_stand_alone_function_decorated。實現(xiàn)也很簡單,可以用my_shiny_new_decorator來給a_stand_alone_function重新賦值。
復制代碼 代碼如下:
a_stand_alone_function = my_shiny_new_decorator(a_stand_alone_function)
a_stand_alone_function()
#輸出 :
#Before the function runs
#I am a stand alone function, don't you dare modify me
#After the function runs
 
# And guess what, that's EXACTLY what decorators do !

裝飾器揭秘

前面的例子,我們可以使用裝飾器的語法:

復制代碼 代碼如下:
@my_shiny_new_decorator
def another_stand_alone_function() :
    print "Leave me alone"
 
another_stand_alone_function()
#輸出 :
#Before the function runs
#Leave me alone
#After the function runs

當然你也可以累積裝飾:
復制代碼 代碼如下:
def bread(func) :
    def wrapper() :
        print "</''''''\>"
        func()
        print "<\______/>"
    return wrapper
 
def ingredients(func) :
    def wrapper() :
        print "#tomatoes#"
        func()
        print "~salad~"
    return wrapper
 
def sandwich(food="--ham--") :
    print food
 
sandwich()
#輸出 : --ham--
sandwich = bread(ingredients(sandwich))
sandwich()
#outputs :
#</''''''\>
# #tomatoes#
# --ham--
# ~salad~
#<\______/>

使用python裝飾器語法:
復制代碼 代碼如下:
@bread
@ingredients
def sandwich(food="--ham--") :
    print food
 
sandwich()
#輸出 :
#</''''''\>
# #tomatoes#
# --ham--
# ~salad~
#<\______/>

裝飾器的順序很重要,需要注意
復制代碼 代碼如下:
@ingredients
@bread
def strange_sandwich(food="--ham--") :
    print food
 
strange_sandwich()
#輸出 :
##tomatoes#
#</''''''\>
# --ham--
#<\______/>
# ~salad~

最后回答前面提到的問題:
復制代碼 代碼如下:
# 裝飾器makebold用于轉換為粗體
def makebold(fn):
    # 結果返回該函數(shù)
    def wrapper():
        # 插入一些執(zhí)行前后的代碼
        return "<b>" + fn() + "</b>"
    return wrapper
 
# 裝飾器makeitalic用于轉換為斜體
def makeitalic(fn):
    # 結果返回該函數(shù)
    def wrapper():
        # 插入一些執(zhí)行前后的代碼
        return "<i>" + fn() + "</i>"
    return wrapper
 
@makebold
@makeitalic
def say():
    return "hello"
 
print say()
#輸出: <b><i>hello</i></b>
 
# 等同于
def say():
    return "hello"
say = makebold(makeitalic(say))
 
print say()
#輸出: <b><i>hello</i></b>

內置的裝飾器

內置的裝飾器有三個,分別是staticmethod、classmethod和property,作用分別是把類中定義的實例方法變成靜態(tài)方法、類方法和類屬性。由于模塊里可以定義函數(shù),所以靜態(tài)方法和類方法的用處并不是太多,除非你想要完全的面向對象編程。而屬性也不是不可或缺的,Java沒有屬性也一樣活得很滋潤。從我個人的Python經驗來看,我沒有使用過property,使用staticmethod和classmethod的頻率也非常低。

復制代碼 代碼如下:
class Rabbit(object):
    
    def __init__(self, name):
        self._name = name
    
    @staticmethod
    def newRabbit(name):
        return Rabbit(name)
    
    @classmethod
    def newRabbit2(cls):
        return Rabbit('')
    
    @property
    def name(self):
        return self._name

這里定義的屬性是一個只讀屬性,如果需要可寫,則需要再定義一個setter:
復制代碼 代碼如下:
@name.setter
def name(self, name):
    self._name = name

functools模塊

functools模塊提供了兩個裝飾器。這個模塊是Python 2.5后新增的,一般來說大家用的應該都高于這個版本。但我平時的工作環(huán)境是2.4 T-T

2.3.1. wraps(wrapped[, assigned][, updated]):
這是一個很有用的裝飾器??催^前一篇反射的朋友應該知道,函數(shù)是有幾個特殊屬性比如函數(shù)名,在被裝飾后,上例中的函數(shù)名foo會變成包裝函數(shù)的名字wrapper,如果你希望使用反射,可能會導致意外的結果。這個裝飾器可以解決這個問題,它能將裝飾過的函數(shù)的特殊屬性保留。

復制代碼 代碼如下:
import time
import functools
 
def timeit(func):
    @functools.wraps(func)
    def wrapper():
        start = time.clock()
        func()
        end =time.clock()
        print 'used:', end - start
    return wrapper
 
@timeit
def foo():
    print 'in foo()'
 
foo()
print foo.__name__

首先注意第5行,如果注釋這一行,foo.__name__將是'wrapper'。另外相信你也注意到了,這個裝飾器竟然帶有一個參數(shù)。實際上,他還有另外兩個可選的參數(shù),assigned中的屬性名將使用賦值的方式替換,而updated中的屬性名將使用update的方式合并,你可以通過查看functools的源代碼獲得它們的默認值。對于這個裝飾器,相當于wrapper = functools.wraps(func)(wrapper)。

2.3.2. total_ordering(cls):
這個裝飾器在特定的場合有一定用處,但是它是在Python 2.7后新增的。它的作用是為實現(xiàn)了至少__lt__、__le__、__gt__、__ge__其中一個的類加上其他的比較方法,這是一個類裝飾器。如果覺得不好理解,不妨仔細看看這個裝飾器的源代碼:

復制代碼 代碼如下:
def total_ordering(cls):
      """Class decorator that fills in missing ordering methods"""
      convert = {
          '__lt__': [('__gt__', lambda self, other: other < self),
                     ('__le__', lambda self, other: not other < self),
                     ('__ge__', lambda self, other: not self < other)],
          '__le__': [('__ge__', lambda self, other: other <= self),
                     ('__lt__', lambda self, other: not other <= self),
                     ('__gt__', lambda self, other: not self <= other)],
          '__gt__': [('__lt__', lambda self, other: other > self),
                     ('__ge__', lambda self, other: not other > self),
                     ('__le__', lambda self, other: not self > other)],
          '__ge__': [('__le__', lambda self, other: other >= self),
                     ('__gt__', lambda self, other: not other >= self),
                     ('__lt__', lambda self, other: not self >= other)]
      }
      roots = set(dir(cls)) & set(convert)
      if not roots:
          raise ValueError('must define at least one ordering operation: < > <= >=')
      root = max(roots)       # prefer __lt__ to __le__ to __gt__ to __ge__
      for opname, opfunc in convert[root]:
          if opname not in roots:
              opfunc.__name__ = opname
              opfunc.__doc__ = getattr(int, opname).__doc__
              setattr(cls, opname, opfunc)
      return cls

希望本文所述對大家的Python程序設計有所幫助。

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