python 函数及变量作用域及装饰器decorator @详解

一、函数及变量的作用

 
在python程序中,函数都会创建一个新的作用域,又称为命名空间,当函数遇到变量时,Python就会到该函数的命名空间来寻找变量,因为Python一切都是对象,而在命名空间中,都是以字典形式存在着,这些变量名,函数名都是索引,而值就是,对应的变量值和函数内存地址。在python中可以用globals()查看全局变量,locals()局部变量。

>>> global_v = '全局变量'
>>> def func():
...         local_v = '局部变量'
...         print(locals())         #调用locals()输出局部变量local_v
>>> func()
{'local_v': '局部变量'}           #命名空间中都是以字典形式保存
>>> print(globals())  
{.........,'global_v': '全局变量', 'func': }    #可以看到除了变量,函数名也作为索引,映射函数内存地址,是主程序命名空间的内容

可以看到内置函数globals()返回了一个所有python能识别的变量的字典,而func 拥有自己的命名空间,里面包含了一个{'local_v': '局部变量'}元素

 

二、变量的作用规则

 
  • 在python中的变量作用域规则是:
    1.变量的创建,变量的创建总是会在函数命名空间创建一个新的变量。
    2.变量的访问,是先在函数内部,访问局部变量所在的函数命名空间,当找不到后再到外层,再到整个外层作用域去寻找该变量。 LEGB法则:索变量名的优先级:局部作用域 > 嵌套作用域 > 全局作用域 > 内置作用域
     
    当在函数中使用未确定的变量名时,Python会按照优先级依次搜索4个作用域,以此来确定该变量名的意义。首先搜索局部作用域(L),之后是上一层嵌套结构中def或lambda函数的嵌套作用域(E),之后是全局作用域(G),最后是内置作用域(B)。按这个查找原则,在第一处找到的地方停止。找不到就报错。NameError: name 'xxx' is not defined
     
    3.变量的修改,当函数尝试修改外层变量时,这是不行的,函数只能修改自己命名空间的变量。
     如果你非改不可,那只能在变量前面声明global 这样就可以改了
>>> name = 'lina'
>>> age = 22
>>> list_1 = [1, 2, 3]
>>> def fun():
...     name = 'alex'    #1  尝试修改,重赋值alex 给name
...     print(name)
...     print(age)    #2   尝试查找函数命名空间中不存在的变量age, 没找到就去外层作用域找到
...     list_1.append('local')     # 4 此处修改list_1
...     list_1.pop(0)
...     print(list_1)
>>> fun()
'alex'
22
[2, 3, 'local']
>>> print(name)    #3   查看全局变量name 是否被函数修改成功,显然没有
'lina'
>>> print(list_1)
[2, 3, 'local']    #4 此处修改成功

通过上一个例子,我们可以从#1处看到,尝试给name赋值,在函数中成功了。
可是在#3处发现并没有改变name的值,这是因为函数已经开辟内存复制了一份name的值到自己的命名空间中,创建一个同名的新变量name,当fun()运行结束后该内存释放,而在#3处python寻找变量时直接在自己的作用域中找到name = 'lina'。
#2处在自身的内存空间没有找到age变量,就去外层找到age= 22输出。
而在#1处就是所说的函数只能修改自身的变量,#4处对于列表、字典这种,可变对象,传过来的是内存地址,函数是复制了内存地址,然后直接去内存地址修改了,不能同变量混为一谈

 

三、函数的形参和实参

 
对于Python来说参数的传递是引用传递(不是值传递),形参名在函数中为局部变量。
对于不可变类型:str、number、tuple命名空间中的复制值改变不会影响外层空间的值。
但是对于可变类型如:list、dict 在函数体中的操作,可能就会改变他的值。
>>> def fun(parameter):     #形式参数
...     parameter = parameter*2
...     print(parameter)
>>> fun(2)     #实际参数
4

 

四、内嵌函数

 
python中的内嵌函数,即在函数内部声明函数,它所有的周期和生命力仍然适用。
>>> def out_fun():
...     a = '外层变量'
...     def inner():
...         print(a)   #1
...     inner()     #2
>>> out_fun()
外层变量
  • 处inner搜索自身命名空间,没找到变量a然后在外层的out_fun的局部变量中寻找到,inner作为内嵌函数拥有访问外层作用域的权限(有读和修改的权限-指复制到自身命名空间后修改)当函数调用结束就释放了。
  • 处函数out_fun在自身命名空间中找到变量名'inner',拿到内存地址然后执行函数

 

五、Python中的闭包

 
我们现在把内嵌函数作为out_fun的返回值,当out_fun()被执行时,就会定义inner函数,然后返回给fun变量
>>> def out_fun():
...     a = 'out变量'
...     def inner():
...         print(a)  #1
...     return inner
>>> fun = out_fun()
>>> fun.__closure__
(,)

现在来理解下这个函数,如果按照变量的作用域规则,在#1处inner首先会在自己的命名空间中去寻找变量a,没找到然后再去外层out_fun寻找。
所以当我们执行由out_fun()返回的fun时,按照道理这个程序是会报错的。因为当out_fun()执行完毕后就会释放内存,a变量就不存在了,所以当你执行fun时,inner无法找到a变量就会报错。我们试试看结果如何:

>>> def out_fun():
...     a = 'out变量'
...     def inner():
...         print(a) 
...     return inner
>>> fun = out_fun()
>>> fun()
out变量

程序并没有报错,这并不矛盾,因为python支持一个名为闭包的特性,从fun.__closure__属性我们看见了,cell at 0x000000A3B57F0B28: str object at 0x000000A3B5AC3088,
即在不是全局的定义中,定义函数inner(即嵌套函数)时,会记录下外层函数的命名空间,这个对象就保存在.__closure__属性中,去这儿就是找到外层函数的命名空间。

 

六、装饰器

 
装饰器的核心原理就是上面我们理解到的了。装饰器是一个以函数作为参数并返回一个替换函数的可执行函数。
>>> def out_fun(fun):         #1接受函数作为参数
...     def inner(a, b= 0, *args):
...         print('装饰器先运行0.0')
...         result = fun(a) + b         #2运行传过来的被装饰函数
...         print('装饰后结果为:',result)
...         return result
...     return inner
>>> def foo(x):         #3定义foo函数
...     print('---------------\n这是被装饰函数')
...     result = 2*x
...     print('被装饰函数执行结果为:{}\n--------------'.format(result))
...     return 2*x
>>> decorate_foo = out_fun(foo)         #4将foo函数作为jout_fun参数执行out_fun
>>> foo =decorate_foo         #把装饰过的foo函数decorate_foo 重赋值给foo,再调用foo()
>>> foo()
装饰器先运行0.0
---------------
这是被装饰函数
被装饰执行结果为:4
---------------
装饰后结果为: 2

现在来理解下这段程序,#1处定义了一个函数,他只接受函数作为参数,#2出运行传过来的被装饰函数,#3定义了一个函数,#4处将#3定义的foo作为参数传给out_fun(foo)得到被装饰后decorate_foo,然后再将装饰后的函数重新赋值给foo,然后当你再次运行foo函数的时候,永远都是得到被装饰后的结果了。
讲到这儿就说个实际应用列子吧!
如汽车在公路上行驶,按照某地交通规则,在国道上限速最高80迈,无下限,高速公路上最低60迈最高120迈。
我们原始程序,通过测速传感器传来的参数计算出汽车当前速度,并返回该速度。

>>> status = 1
>>> def car_speed(angular_speed, radius = 0.35)  #根据传来的角速度参数,以及半径计算出当前速度
...     current_speed = angular_speed*radius*3.6
...     return current_speed
>>> 
>>> def slowdown():
...     pass   #假设调用此函数是调用刹车、减速系统,会减慢汽车速度
>>>
>>> def decorate_fun(fun):
...     def inner(*args, **kwargs):
...         current_speed = fun(args[0]) if len(args) = 1 else fun(args[0], radius = args[1])
...         if current_speed >110:
...             sys.stdout.write('您已超速!')
...             sys.stdout.flush()
...         elif current_speed > 160:
...             sys.stdout.write('超速50%系统已限速,请注意安全')
...             sys.stdout.flush()
...             slowdown()
...         elif current_speed < 60:
...             sys.stdout.write('该路段限速60,请注意')
...             sys.stdout.flush()
...         else: pass
...         return current_speed
...     return inner
>>> 
>>> decorator_car_speed = decorate_fun(car_speed)
>>> decorato_car_speed(120)
您已超速!

这段程序,当汽车在国道等非限速区域是,直接调用car_speed()函数就可以得到速度,而当行驶上高速公路后,就存在边界值问题,我们可以使用装饰后的decorate_car_speed()函数来处理。

 

七、装饰器符号@ 的应用

 
通过前面已经了解了装饰器原理了,这儿就简单说下@ 的应用。@ 只是python的一种语法糖而已,让程序看起更美观,简洁
>>> def decorator_foo(fun):
...     def inner(*args, **kwargs):
...         fun(*args, **kwargs)
...         pass
...     return inner
>>>
>>> @decorator_foo         #1
>>> def foo(*args, **kwargs):         #2
...     pass
>>>

在#1处@decorator_foo 使用@符号+装饰器函数,在被装饰函数的上方,记住一定要正上方挨着不能空行,就等于前面所学的decorator = decorator_foo(foo) + foo = decorator() 这样以后你调用foo就是调用的被装饰后的foo了

 

八、讲一个厉害的装饰器应用

 
  • 情形和需求是这样的,比如我在django view 下做用户验证(不用session),有home函数处理普通用户请求,index处理管理员请求,bbs返回论坛请求,member处理会员请求。

  • 当然我们如果在每一个函数内都做一次验证,那代码重复就太多了,所以选择用装饰器,不失为一个好方法。可是现在们要求,根据不同的函数,home、bbs、member都在本地数据库验证,而index做ldap验证,意思就是我们要在一个装饰器里面,根据不同的函数做不同的验证。

一般的验证:

def _authentication(r):
    print('假设使用这个函数做本地用户认证,过了返回True,错误返回False')
    return #返回验证结果

def auth(fun):         #装饰器函数
    def wrapper(request, *args, **kwargs):
        if _authentication(request):         #调用验证函数
            result = fun(request)
            return result
        else:
            return '用户名或密码错了,重新登录吧!'
    return wrapper

@auth
def index(request):
    pass

@auth
def home(request):
    pass

@auth
def bbs(request):
    pass

@auth
def member(request):
    pass

全部代码我就不写了,太多复杂了,就用伪代码,逻辑描述来代替了。
可以看出来,我们这个函数可以实现用户验证功能,不管你使用cookie也好,去本地数据库取数据也罢。但是我们上面说的需求,把index来的请求分离出来,做ldap验证,显然这样的装饰器是没法做到的。无法识别谁来的请求。

@装饰器还提供了一功能,能解决这个问题,往下看:

def _authentication(r):
    print('假设使用这个函数做本地用户认证,过了返回True,错误返回False')
    return #返回验证结果

def _ldap(r):
    print('ldap验证')    
    return  #返回ldap验证结果

def auth(souce_type):
    #这儿的souce_type参数就是@auth(v)运行时传过来的参数
    def outer(fun):    
        def wrapper(request, *args, **kwargs):
            if souce_type == 'local':     #* 1 如果请求来源标记是'local'就本地验证
                if _authentication(request):
                    result = fun(request)
                    return result
                else:
                    return '用户名或密码错了,重新登录吧!'
            elif souce_type == 'ldap':    #* 1 如果请求来源标记是'ldap'就ldap验证
                if _ldap(request):
                    return fun(request)
                else:
                    return '用户名或密码错了,重新登录吧!'
        return wrapper
    return outer
@auth(souce_type = 'ldap')     #3 装饰
def index(request):
    pass

@auth(souce_type = 'local')         #4
def home(request):
    pass
  • 注意#3,#4处,我们把auth('parameter')加参数运行了一次,而装饰器函数auth里面进行了三层嵌套,auth---->outer----->wrapper,你可以这样理解,原来的@auth @符号会把后面的内容auth运行一次直接就返回了wrapper, 现在,我们自己把auth('parameter')加参数运行了一次得到outer,@auth(parameter)就等同于 @outer,@符号把后面的outer运行一次后再得到wrapper并赋给被修饰函数,而函数souce_type来源也被我们带进了装饰器。

转载于:https://www.cnblogs.com/shiqi17/p/9331002.html

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