装饰器是通过高阶函数动态增强函数行为的技术,利用函数是一等公民的特性,以@语法糖实现包装逻辑。
python的装饰器提供了一种非常优雅且强大的方式来修改或增强函数、方法甚至类的行为,而无需直接改动它们原有的代码。说白了,它就是个“包装器”,在不触碰核心逻辑的前提下,给函数穿上新衣服,赋予新能力。
要用装饰器动态修改函数行为,核心在于理解装饰器本身就是一个接受函数作为参数,并返回一个新函数(通常是内部定义的
wrapper
函数)的“高阶函数”。这个
wrapper
函数会执行一些额外的逻辑,然后(或在特定条件下)调用原始函数。
一个最简单的装饰器骨架大概长这样:
import time def log_execution_time(func): def wrapper(*args, **kwargs): start_time = time.time() result = func(*args, **kwargs) # 调用原始函数 end_time = time.time() print(f"函数 '{func.__name__}' 执行耗时: {end_time - start_time:.4f} 秒") return result return wrapper # 使用装饰器 @log_execution_time def my_complex_calculation(a, b): time.sleep(0.5) # 模拟耗时操作 return a * b # 调用被装饰的函数 print(f"计算结果: {my_complex_calculation(10, 20)}") # 实际上,@log_execution_time 等价于 my_complex_calculation = log_execution_time(my_complex_calculation)
这段代码展示了如何通过
log_execution_time
装饰器,在不修改
my_complex_calculation
函数体的情况下,给它加上了计时功能。
wrapper
函数在这里就是行为修改的核心,它在调用原函数前后插入了计时逻辑。
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装饰器的工作原理是什么?
在我看来,理解装饰器,首先得明白Python里函数是“一等公民”这回事。这意味着函数可以像普通变量一样被赋值、作为参数传递、甚至作为另一个函数的返回值。装饰器正是利用了这一点。
当你写
@decorator_name
在一个函数定义上方时,Python解释器做的事情,其实就是把这个函数对象作为参数传给
decorator_name
这个函数,然后把
decorator_name
返回的新函数重新赋值给原来的函数名。举个例子:
@my_decorator def say_hello(): print("Hello!")
这行代码在运行时,等价于:
def say_hello(): print("Hello!") say_hello = my_decorator(say_hello)
所以,
my_decorator
函数需要接受一个函数作为输入,并且必须返回一个函数作为输出。通常,这个返回的函数是一个内部定义的
wrapper
(或
inner
)函数,它“闭包”了外部作用域的变量,特别是那个被装饰的原始函数。
wrapper
函数才是真正执行你想要添加的新行为的地方,它在执行新行为后,会适时地调用原始函数。这种机制巧妙地实现了行为的“注入”和“包装”。
如何编写一个带参数的装饰器?
有时候,我们希望装饰器本身也能接受一些配置参数,比如一个重试装饰器,我们想指定重试的次数。这时候,装饰器就需要多一层嵌套,变成一个“装饰器工厂”。
结构上,它会是三层:最外层函数负责接收装饰器参数,它返回一个真正的装饰器(第二层),这个真正的装饰器再返回那个执行实际逻辑的
wrapper
函数(第三层)。
import time import functools def retry(max_attempts=3, delay=1): def decorator(func): @functools.wraps(func) # 保持原函数的元数据 def wrapper(*args, **kwargs): attempts = 0 while attempts < max_attempts: try: return func(*args, **kwargs) except Exception as e: attempts += 1 print(f"尝试失败 ({attempts}/{max_attempts}): {e}") if attempts < max_attempts: time.sleep(delay) raise RuntimeError(f"函数 '{func.__name__}' 在 {max_attempts} 次尝试后仍失败。") return wrapper return decorator @retry(max_attempts=5, delay=2) # 装饰器带参数 def unreliable_operation(): import random if random.random() < 0.7: # 70% 的几率失败 raise ValueError("模拟网络错误或临时故障") print("操作成功!") return "成功数据" # 调用被装饰的函数 try: result = unreliable_operation() print(f"最终结果: {result}") except RuntimeError as e: print(e) print("-" * 30) @retry() # 使用默认参数 def another_unreliable_op(): import random if random.random() < 0.5: raise ConnectionError("连接超时") print("另一个操作成功!") return "另一个成功数据" try: result = another_unreliable_op() print(f"最终结果: {result}") except RuntimeError as e: print(e)
这里的
retry
函数就是装饰器工厂,它先接收
max_attempts
和
delay
参数,然后返回
decorator
。
decorator
再接收被装饰的函数
func
,并返回
wrapper
。这种模式让我们能灵活地配置装饰器的行为,非常实用。
装饰器在实际项目中有什么应用场景?
装饰器在实际项目里简直是“万金油”,能解决好多重复性的、横切关注点的问题。我个人觉得,以下几个
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