Python 中的函数装饰器简介

Created2022-10-12Updated2022-10-12

1.装饰器(decorator)简介

装饰器是 Python 中一个非常有用和强大的工具，它的作用对象是函数，实现的功能是在我们调用函数之前和之后，再为函数添加一些额外的功能。通过函数装饰器可以有效地提高代码的灵活性，复用能力，以及简化代码。

2.装饰器的原理

首先我们来简单定义一个“Hello World!"函数，如下：

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def say_hello_world():
    print("Hello World!")

该函数运行之后会打印"Hello World!",

Hello World!

打完招呼之后，我们又产生了新的需求，即是需要说再见，最简单的想法即是直接修改原函数，添加一行说再见，但这种方法在一切皆对象的 Python 世界中一点也不优雅，一个更好的方法是：在不修改原函数的情况下，我们对原函数做一个“包装”，为原函数添加新的功能，添加的代码为：

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def add_bye_world(func):
    def wrapper():
        func()
        print("Bye World!")
    return wrapper
say_hello_bye_world = add_bye_world(say_hello_world)
say_hello_bye_world()

运行结果为：

Hello World!

Bye World!

可以看到，这里我们定义的 add_bye_world 函数是将函数作为参数，在内部在嵌套定义了一个新的函数 wrapper，该内部函数在调用了传入函数之后，同时还添加一行说再见的代码，这样就实现了我们需求，然后在外部调用时我们返回这个内部函数，这样就实现了在不修改原函数的前提下为函数添加一些新的功能。

在上述过程中，我们实际上就相当于定义了一个装饰器，关于 Python 中装饰器的标准用法，Python 官网给出了说明：返回值为另一个函数的函数，通常使用 @wrapper 语法形式来进行函数变换。以下为使用装饰器改写的以上代码：

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def add_bye_world(func):
    def wrapper():
        func()
        print("Bye World!")
    return wrapper

@add_bye_world
def say_hello_world():
    print("Hello World!")
    
say_hello_world()

运行结果为：

Hello World!

Bye World!

可以看到，要使用装饰器，我们只需要在对应的函数前面加上 @add_bye_world 就可以，其中 add_bye_world 就是我们自定义的装饰器，这一过程相当于执行了命令：

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say_hello_world = add_bye_world(say_hello_world)

关于函数装饰器更多的应用可以参考后面列出的参考资料。

参考资料：

  1. https://docs.python.org/zh-cn/3/glossary.html#term-decorator
  2. https://www.zhihu.com/question/325817179/answer/798679602
  3. https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017451662295584

3.一个值得注意的地方

我们在对函数使用了装饰器之后，会导致函数的 __name__、__doc__等属性发生改变，如下：

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def add_bye_world(func):
    def wrapper():
        func()
        print("Bye World!")
    return wrapper

@add_bye_world
def say_hello_world():
    print("Hello World!")
    
print(say_hello_world.__name__)

运行结果为：

wrapper

可以看到原本名为 say_hello_world 的函数变为了 wrapper，如果我们要保留原函数的名称等属性，需要通过使用 Python 自带模块 functools 中的 wraps 来保留函数的元信息，相应的在装饰器定义处加入一行代码就可以：

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from functools import wraps

def add_bye_world(func):
    @wraps(func)                    ### 这里为新增代码
    def wrapper():
        func()
        print("Bye World!")
    return wrapper

@add_bye_world
def say_hello_world():
    print("Hello World!")
    
print(say_hello_world.__name__)

运行结果为：

say_hello_world

4.Python 中一些常见的装饰器

classmethod、staticmethod

classmethod 和 staticmethod 都是在类中定义方法时使用，它们的作用都是将类中的实例化方法转化为类方法，其中实例化方法的意思是需要将类实例化之后才能调用，而类方法的意思是在调用的时候，我们并不需要将类实例化，而是可以直接通过类来调用。二者同时也存在一定的差别，其中 classmethod 会接收该类作为第一个隐参，通常为 cls，而 staticmethod 不会。如下：

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class SayHello:
    s1 = 'Dog'
    s2 = 'Cat'

    def say_hello_1(self):
        print("Hello {}!".format(self.s1))

    @classmethod
    def say_hello_2(cls):
        print("Hello {}!".format(cls.s2))

    @staticmethod
    def say_hello_3(s3):
        print("Hello {}!".format(s3))

SayHello.say_hello_2()
SayHello.say_hello_3("World")
say_hello = SayHello()
say_hello.say_hello_1()

运行结果为：

Hello Cat!

Hello World!

Hello Dog!

其中 say_hello_2、say_hello_3 为类方法，可以直接通过类来调用，而 say_hello_1 为实例方法，需要将类实例化后调用，直接通过类调用会报错。

参考资料：

  1. https://docs.python.org/zh-cn/3/library/functions.html#classmethod
  2. https://docs.python.org/zh-cn/3/library/functions.html#staticmethod

property

property 装饰器同样通常在类方法定义中使用，其作用是创建一个与方法同名的只读属性，常用作读取类定义中的私有变量，如下：

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class Animals:
    def __init__(self, animal_name):
        self.__name = animal_name

    @property
    def animal_name(self):
        return self.__name

animal_dog = Animals('Dog')
print(animal_dog.animal_name)

运行结果为：

Dog

可以看到这里由于我们使用了 @property 装饰器，导致创建了一个 animal_name 的属性，这个属性返回的是类中私有变量 __name 的值，我们可以在类实例化之后直接调用该属性，这里需要注意的是：调用的时候不要加括号，因为这里我们已经将相应的方法转化为属性，而不是方法。另外，如果我们直接访问实例的私有变量 __name，程序将会抛出错误 AttributeError 。

参考资料：

  1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/141665827

abstractmethod

同样通常在方法定义中使用，其作用是指定抽象基类中的抽象方法，抽象基类主要有两个特点：

  • 抽象基类不能被实例化，只能被继承
  • 子类必须实现抽象基类里定义的抽象方法，否则不能被实例化
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from abc import ABCMeta, abstractclassmethod

class Animals(metaclass=ABCMeta):
    def __init__(self, animal_name):
        self.__name = animal_name

    @abstractclassmethod
    def print_animal_name(self):
        pass

class Dog(Animals):
    def __init__(self):
        self.__name = 'Dog'

    def print_animal_name(self):
        print("Animal: Dog")

a_dog = Dog()
a_dog.print_animal_name()

运行结果为：

Animal: Dog

上面代码中，Animals 为抽象基类，其中 print_animal_name 这一方法为抽象方法，因此在之后所有的继承该类的类中，都需要在相应的类中实现该方法，否则类将不能实例化，这里 Dog 类就是继承自该抽象基类。

有关抽象基类和抽象方法的详细解释可以参考以下几篇文章：

  1. http://106.14.160.45:8080/part05_core_topic/chapter03/article0302/
  2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/360144699