Python 给函数加上状态的多种方式

Python 给函数加上状态的多种方式

• 为什么要给函数加状态？
• 方法一：使用函数属性
• 方法二：使用闭包
• 方法三：使用类
• 方法四：使用装饰器

为什么要给函数加状态？

通常，函数是无状态的：每次调用它都会从相同的初始状态开始执行。而有时候，我们希望函数在多次调用之间能够保留某些信息，例如记录调用次数、保存之前的计算结果等。这种功能可以通过给函数加上状态来实现。

方法一：使用函数属性

函数本身是对象，因此我们可以像操作普通对象一样，为函数动态添加属性。函数属性是一种非常简单而直接的方式来为函数加上状态

def my_function():
    print(f"Current count is {my_function.counter}")
    my_function.counter += 1

# 初始化函数属性
my_function.counter = 0

# 调用函数
my_function()  # 输出：Current count is 0
my_function()  # 输出：Current count is 1
my_function()  # 输出：Current count is 2

在这个例子中，我们通过给 my_function 函数添加一个名为 counter 的属性来保存调用次数。每次调用函数时，counter 的值都会增加。这个方法非常简单，适用于小型项目或不需要复杂状态的函数

方法二：使用闭包

闭包是一种强大的特性，它允许内部函数捕获外部函数的局部变量，即便外部函数已经返回，内部函数依然可以访问这些变量。通过闭包，我们可以实现状态的持久化。

def make_counter():
    count = 0
    
    def counter():
        nonlocal count  # 修改外部变量
        print(f"Current count is {count}")
        count += 1
    
    return counter

# 创建一个带有状态的计数器函数
my_counter = make_counter()

# 调用计数器函数
my_counter()  # 输出：Current count is 0
my_counter()  # 输出：Current count is 1
my_counter()  # 输出：Current count is 2

在这个例子中，make_counter 函数返回一个嵌套的 counter 函数。通过使用 nonlocal 关键字，我们能够在 counter 函数中修改外部函数的 count 变量。这样，count 变量在多次调用之间得以保留，形成了状态。

方法三：使用类

将函数封装在类中是另一种为函数加状态的常见方式。类的实例属性可以用来保存状态，call 方法则允许类实例像函数一样被调用。

class Counter:
    def __init__(self):
        self.count = 0
    
    def __call__(self):
        print(f"Current count is {self.count}")
        self.count += 1

# 创建一个计数器实例
my_counter = Counter()

# 调用类实例
my_counter()  # 输出：Current count is 0
my_counter()  # 输出：Current count is 1
my_counter()  # 输出：Current count is 2

在这个例子中，Counter 类通过 call 方法使得其实例可以像函数一样被调用。类的实例属性 count 用来保存调用次数。每次调用时，count 都会增加。这种方法非常灵活，适用于需要复杂状态或需要多种功能的场景。

方法四：使用装饰器

装饰器是一种特殊的函数，它用于修改或增强另一个函数的行为。通过装饰器，我们可以为现有函数添加状态，而不需要修改函数的原始代码。

def with_counter(func):
    func.counter = 0
    
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"Current count is {wrapper.counter}")
        result = func(*args, **kwargs)
        wrapper.counter += 1
        return result
    
    wrapper.counter = 0
    return wrapper

@with_counter
def my_function():
    print("Function is called")

# 调用带有装饰器的函数
my_function()  # 输出：Current count is 0, Function is called
my_function()  # 输出：Current count is 1, Function is called
my_function()  # 输出：Current count is 2, Function is called

在这个例子中，with_counter 是一个装饰器，它为 my_function 函数添加了一个计数器功能。通过 wrapper 函数包装原函数，每次调用时，wrapper.counter 记录调用次数。这种方式适用于在不修改函数定义的情况下，动态地为函数添加状态。