什么是装饰器
装饰器是Python中的一种特殊函数，主要用于修改或扩展其他函数或方法的功能，而无需修改函数本身的代码。它们通常通过在函数定义前加上@装饰器名称来使用。
@decorator_function
def my_function():
pass
装饰器的基本结构
一个基本的装饰器包含一个函数，它接受另一个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个新的函数通常会在调用时执行一些附加操作，然后调用原始函数。
def simple_decorator(func):
def wrapper():
print("Something is happening before the function is called.")
func()
print("Something is happening after the function is called.")
return wrapper
使用该装饰器：
@simple_decorator
def say_hello():
print("Hello!")
say_hello()
输出：
Something is happening before the function is called.
Hello!
Something is happening after the function is called.
装饰器的底层原理
为了理解装饰器的底层原理，我们需要了解以下几个方面：
1. 函数是对象
在Python中，函数是第一类对象。这意味着函数可以作为参数传递给另一个函数，可以作为另一个函数的返回值，也可以赋值给变量。
def foo():
print("Hello from foo")
bar = foo
bar()
输出：
Hello from foo
2. 闭包
闭包是一种函数，它保留了定义它的环境中的变量。装饰器利用了闭包来包装函数并添加额外的功能。
def outer_func(msg):
def inner_func():
print(msg)
return inner_func
hi_func = outer_func("Hi")
hi_func()
输出：
Hi
3. 高阶函数
装饰器本质上是高阶函数，它们接受函数作为参数，并返回一个新函数。
def decorator_function(original_function):
def wrapper_function():
print("Wrapper executed this before {}".format(original_function.__name__))
return original_function()
return wrapper_function
@decorator_function
def display():
print("display function ran")
display()
输出：
Wrapper executed this before display
display function ran
常见装饰器模式
无参数装饰器
这是最基本的装饰器模式。它不接受任何参数，只接受一个函数作为参数。
def my_decorator(func):
def wrapper():
print("Something is happening before the function is called.")
func()
print("Something is happening after the function is called.")
return wrapper
带参数的装饰器
带参数的装饰器可以接受额外的参数。实现这种装饰器时，需要再嵌套一层函数。
def decorator_with_args(arg1, arg2):
def decorator(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
print(f"Arguments passed to decorator: {arg1}, {arg2}")
return func(*args, **kwargs)
return wrapper
return decorator
@decorator_with_args("Hello", "World")
def say_hello():
print("Hello!")
say_hello()
输出：
Arguments passed to decorator: Hello, World
Hello!
类装饰器
类装饰器通过实现 __call__方法，可以像函数装饰器一样工作。
class ClassDecorator:
def __init__(self, func):
self.func = func
def __call__(self, *args, **kwargs):
print("ClassDecorator: Before the function call.")
result = self.func(*args, **kwargs)
print("ClassDecorator: After the function call.")
return result
@ClassDecorator
def say_hello(name):
print(f"Hello, {name}!")
say_hello("Alice")
输出：
ClassDecorator: Before the function call.
Hello, Alice!
ClassDecorator: After the function call.
装饰器的实际应用
日志记录
装饰器可以用于记录函数调用的日志。
def log_decorator(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
print(f"Function {func.__name__} called with arguments {args} and keyword arguments {kwargs}")
return func(*args, **kwargs)
return wrapper
@log_decorator
def add(x, y):
return x + y
result = add(5, 3)
输出：
Function add called with arguments (5, 3) and keyword arguments {}
访问控制与权限验证
装饰器可以用于检查用户是否具有执行某些操作的权限。
def require_authentication(func):
def wrapper(user, *args, **kwargs):
if not user.is_authenticated:
print("User is not authenticated.")
return
return func(user, *args, **kwargs)
return wrapper
@require_authentication
def view_profile(user):
print(f"Displaying profile for {user.name}")
# 假设User类和user对象已经定义
view_profile(user)
缓存
装饰器可以用于缓存函数的结果，提高性能。
def cache(func):
cached_results = {}
def wrapper(*args):
if args in cached_results:
return cached_results[args]
result = func(*args)
cached_results[args] = result
return result
return wrapper
@cache
def compute_square(n):
return n * n
print(compute_square(4))
print(compute_square(4)) # 这次将使用缓存结果