一文了解 Python 中的装饰器

前言

本文将带你学习装饰器在 Python 中的工作原理，如果在函数和类中使用装饰器，如何利用装饰器避免代码重复（DRY 原则，Don’t Repeat Yourself ）。

Python 中的装饰器是什么

装饰器在 Python中是一个非常强大和有用的工具，因为它允许程序员修改函数或类的行为。装饰器允许我们包装另一个函数，以扩展包装函数的行为，而无需修改基础函数定义。这也被称为元编程，因为程序本身在程序运行时会尝试修改自身的另一部分。

装饰器是​语法糖： ​在代码中利用更简洁流畅的语法实现更为复杂的功能。

我们知道，Python 一切皆对象。这意味着 Python 中的函数可以用作参数或作为参数传递。一等函数的属性：

• 函数是 Object 类型的实例。
• 可以将函数存储在变量中。
• 可以将该函数作为参数传递给另一个函数。
• 可以从函数中返回函数。
• 可以将它们存储在数据结构中，例如哈希表，列表等。

让我们看一个这样的例子。

def hello():
    print('Welcome to Python Decorator!')
    
another_hello = hello()
another_hello

# Welcome to Python Decorator!

定义了一个 ​​hello()​​ 函数，然后将 hello 函数分配给 another_hello 变量，然后调用这个变量，得到的结果是 hello 函数被执行。

既然 Python 中的函数是对象，那么除了可以简单的调用之外，就可以把函数作为对象传递给另一个函数。

def print_welcome():
    print('Welcome to Python Decorator!')
    
def print_hello(func):
    def inner():
        print('Hello!')
        func()
    return inner

decorated = print_hello(print_welcome)
decorated()

# Hello!
# Welcome to Python Decorator!

语法糖

但是，上面的代码使用了内部函数我们可以通过简单地用装饰器函数 ​​print_hello()​​​ 来装饰 ​​print_welcome()​​ 函数。

装饰器可以简化我们的操作。功能完全一样，但它的代码更简洁。即通过 ​​@​​ 符号简化装饰器的使用，如下所示：

def print_hello(func):
    def inner():
        print('Hello!')
        func()
    return inner

@print_hello
def print_welcome():
    print('Welcome to Python Decorator!')
    
print_welcome()

# Hello!
# Welcome to Python Decorator!

通过这样做，我们能够消除将一个函数显式传递到另一个函数中的使用。Python 装饰器隐式处理这一点。

使用 Python 装饰器修改函数行为

使用 Python 装饰器对函数进行计时

为了演示它们的实用性，让我们构建一个函数，该函数采用另一个函数并对其执行进行计时。在这里，使用装饰器的好处是它允许我们遵循 DRY 编程原则。

装饰器可用于测量函数执行所需的时间。 如果你定义一个简单的睡眠函数，以计算该函数的运行时。

import time

def timeit(func):
    def timed():
        start = time.time()
        result = func()
        end = time.time()
        print(f'Program took {(end - start) * 1000}s to run')
        return result
    return timed

@timeit
def print_welcome():
    print('Welcome to Python Decorator!')
    
print_welcome()

# Welcome to Python Decorator!
# Program took 0.0s to run

分析一下上面的代码：

• 定义了一个函数 ​​timeit()​​ 接受另一个函数
• 该函数还有另一个内部函数 ​​timed()​​
• 函数跟踪开始时间，执行修饰函数，跟踪结束时间，计算差值并返回结果
• 最后，外层函数返回内层函数

当我们将此装饰器函数应用于我们的函数 ​​print_welcome()​​ 时，首先会返回欢迎问候语，然后显示执行时间。

使用 Python 装饰器将有用信息记录到终端

与上面的例子类似，我们可以在程序运行时使用装饰器将有用的信息打印到终端。例如，我们可能想知道正在运行哪个函数以及当前时间。也可以使用装饰器传递到日志文件:

from datetime import datetime
def log_info(func):
    def inner():
        print(f'Starting run at {datetime.now()}')
        print(f'Running {func.__name__}')
        func()
    return inner

@log_info
def print_welcome():
    print('Welcome to Python Decorator!')
    
print_welcome()

# Starting run at 2022-03-27 23:26:38.473310
# Running print_welcome
# Welcome to Python Decorator!

在上面的示例中，在运行函数之前，我们的装饰器打印当前日期和时间以及将要运行的函数的名称。如果您正在运行较长的脚本，并且只是想知道程序的位置，这可能很有用。

Web app 中使用的装饰器

让我们以 Web 应用程序的用例为例。当您在 Flask 中构建 Web 应用程序时，您总是会编写 url 路由。 每条路线都是 Web 应用程序中的特定页面。 打开页面 ​​/about​​​ 可能会调用 ​​about_page() ​​方法。

@app.route("/about")
def about_page():
  return "Website about nachos"

将参数传递给 Python 装饰器

到目前为止，您已经学习了如何创建一些有用的 Python 装饰器。然而，这些装饰器都没有传入参数。在本节中，您将学习如何创建接受参数的 Python 装饰器。

为此，我们将允许在 Python 语法魔术解压缩。使用 ​​func_name(*args，**kwargs)​​，它将解压缩所有参数和所有关键字参数。通过在装饰器中使用它，可以确保装饰器将接受任意数量的参数或关键字参数。这使得它们在重复使用时更加实用。

def print_function_name(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        print(f'Running {func.__name__}...')
        return func(*args, **kwargs)
    return inner

@print_function_name
def add_nums(a, b):
    print(a + b)

add_nums(1, 2)

# Running add_nums...
# 3

上述方法的美妙之处在于它同时接受位置和关键字参数。因此，即使我们以以下任何格式执行该函数，该函数也将运行：

• ​​add_nums(1024, 2020)​​
• ​​add_nums(1024, b = 2021)​​
• ​​add_nums(a = 1024, b = 2222)​​

使用多个 Python 装饰器

关于 Python 装饰器的一个有趣的方式是：可以同时使用多个装饰器。这意味着您可以将多个装饰器应用于单个函数。为了理解这一点，来看一个例子：

def one(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        print('1')
        return func(*args, **kwargs)
    return inner
    
def two(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        print('2')
        return func(*args, **kwargs)
    return inner

@one
@two
def speak(text):
    print(text)
    
speak('Hello')

# 1
# 2
# Hello

我们的装饰器函数所做的唯一事情就是打印出数字 1 和数字 2。通过将装饰器 ​​@one​​​ 放在 ​​@two​​​ 之前，您可以将 ​​two()​​​包装的函数包装为 ​​one()​​。为了说明这一点，您可以切换顺序以查看如何修改行为：

# Changing decorator order
@two
@one
def speak(text):
    print(text)
    
speak('Hello')

# 2
# 1
# Hello

通过首先放置 ​​@two​​ 装饰器，该函数成为最外层的函数。

总结

在本文中，我们先了解了什么是 Python 装饰器，它代表元编程的语法糖。 Python 装饰器允许我们修改函数行为并允许我们以不同的方式扩展函数。

接着了解装饰器是什么以及如何使用它们。学习了如何允许将参数传递给 Python 装饰器，学习了几个常见的装饰器有用的工具。最后，如何使用多个装饰器以及装饰器的先后顺序。