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Python全景系列之裝飾器使用的全面講解

更新時間：2023年05月31日 14:22:25 作者：techlead_krischang

裝飾器在Python中扮演了重要的角色，文將深入探討裝飾器的所有相關(guān)主題，包括裝飾器的基礎(chǔ)知識、實現(xiàn)與使用、工作原理等，需要的可以參考一下

Python 裝飾器深入探討

在 Python 中，裝飾器提供了一種簡潔的方式，用來修改或增強(qiáng)函數(shù)和類的行為。裝飾器在語法上表現(xiàn)為一個前置于函數(shù)或類定義之前的特殊標(biāo)記：

@simple_decorator
def hello_world():
    print("Hello, world!")

在這個例子中，simple_decorator 是一個裝飾器，它作用于下方的 hello_world 函數(shù)。裝飾器在概念上就像一個包裝器，它可以在被裝飾的函數(shù)執(zhí)行前后插入任意的代碼，進(jìn)而改變被裝飾函數(shù)的行為。

參數(shù)化裝飾器

我們還可以進(jìn)一步將裝飾器參數(shù)化，這讓裝飾器的行為更具靈活性。比如，我們可以定義一個裝飾器，讓它在函數(shù)執(zhí)行前后打印自定義的消息：

def message_decorator(before_message, after_message):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print(before_message)
            result = func(*args, **kwargs)
            print(after_message)
            return result
        return wrapper
    return decorator

@message_decorator("Start", "End")
def hello_world():
    print("Hello, world!")

在這個例子中，message_decorator 是一個參數(shù)化裝飾器，它接受兩個參數(shù)，分別代表函數(shù)執(zhí)行前后要打印的消息。

理解裝飾器的工作原理

在 Python 中，函數(shù)是第一類對象。這意味著函數(shù)和其他對象一樣，可以作為變量進(jìn)行賦值，可以作為參數(shù)傳給其他函數(shù)，可以作為其他函數(shù)的返回值，甚至可以在一個函數(shù)里面定義另一個函數(shù)。這個特性是實現(xiàn)裝飾器的基礎(chǔ)。

def decorator(func):
    def wrapper():
        print('Before function execution')
        func()
        print('After function execution')
    return wrapper

def hello_world():
    print('Hello, world!')

decorated_hello = decorator(hello_world)
decorated_hello()

在這個例子中，decorator 函數(shù)接收一個函數(shù) hello_world 作為參數(shù)，并返回了一個新的函數(shù) wrapped_func。這個新函數(shù)在 hello_world 函數(shù)執(zhí)行前后分別打印一條消息。我們可以看到，裝飾器實際上是一個返回函數(shù)的函數(shù)。

函數(shù)簽名保持

默認(rèn)情況下，裝飾器會“掩蓋”掉原函數(shù)的名字和文檔字符串。這是因為在裝飾器內(nèi)部，我們返回了一個全新的函數(shù)。我們可以使用 functools.wraps 來解決這個問題：

import functools
def decorator(func):
    @functools.wraps(func)
    def wrapper():
        print('Before function execution')
        func()
        print('After function execution')
    return wrapper
@decorator
def hello_world():
    "Prints 'Hello, world!'"
    print('Hello, world!')
print(hello_world.__name__)
print(hello_world.__doc__)

這樣，使用裝飾器后的函數(shù)名和文檔字符串能夠保持不變。

Python 裝飾器的應(yīng)用實例

裝飾器在實際的 Python 編程中有許多應(yīng)用場景，比如日志記錄、性能測試、事務(wù)處理、緩存、權(quán)限校驗等。

一個常見的應(yīng)用就是使用裝飾器進(jìn)行日志記錄：

import logging

def log_decorator(func):
    logging.basicConfig(level=logging.INFO)
    
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logging.info(f'Running "{func.__name__}" with arguments {args} and kwargs {kwargs}')
        result = func(*args, **kwargs)
        logging.info(f'Finished "{func.__name__}" with result {result}')
        return result
    
    return wrapper

@log_decorator
def add(x, y):
    return x + y

這個裝飾器記錄了函數(shù)的名稱，函數(shù)調(diào)用的參數(shù)，以及函數(shù)返回的結(jié)果。

裝飾器鏈

Python 允許我們將多個裝飾器應(yīng)用到一個函數(shù)上，形成一個裝飾器鏈。例如，我們可以同時應(yīng)用日志裝飾器和性能測試裝飾器：

import time
import logging
from functools import wraps

def log_decorator(func):
    logging.basicConfig(level=logging.INFO)
    
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logging.info(f'Running "{func.__name__}" with arguments {args} and kwargs {kwargs}')
        result = func(*args, **kwargs)
        logging.info(f'Finished "{func.__name__}" with result {result}')
        return result

    return wrapper

def timer_decorator(func):
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print(f'Function "{func.__name__}" took {end_time - start_time} seconds to run.')
        return result

    return wrapper

@log_decorator
@timer_decorator
def add(x, y):
    time.sleep(2)
    return x + y

在這個例子中，@log_decorator 和 @timer_decorator 兩個裝飾器被同時應(yīng)用到 add 函數(shù)上，它們分別負(fù)責(zé)記錄日志和測量函數(shù)運行時間。

One More Thing: 自動注冊裝飾器

一個有趣的裝飾器應(yīng)用是自動注冊。這個裝飾器會在裝飾函數(shù)時自動將函數(shù)添加到一個列表或字典中，這樣我們就可以在程序的其他地方訪問到這個列表或字典，知道有哪些函數(shù)被裝飾過。

# 裝飾器將函數(shù)注冊到一個列表中
def register_decorator(func_list):
    def decorator(func):
        func_list.append(func)
        return func
    return decorator

# 自動注冊函數(shù)
registered_functions = []
@register_decorator(registered_functions)
def foo():
    pass

@register_decorator(registered_functions)
def bar():
    pass

print(registered_functions)  # 輸出: [<function foo at 0x10d38d160>, <function bar at 0x10d38d1f0>]

這個裝飾器可以用于自動注冊路由、插件系統(tǒng)、命令行參數(shù)處理等場景，能夠大大提高代碼的靈活性和可擴(kuò)展性。