Python 中的裝飾器如何工作？
裝飾器（Decorator）是 Python 中一種高級(jí)特性，它允許程序員修改或增強(qiáng)函數(shù)和方法的行為，而無需直接更改其源代碼。裝飾器本質(zhì)上是一個(gè)返回函數(shù)的高階函數(shù)，它可以接收一個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，并返回一個(gè)新的或修改后的函數(shù)。通過使用裝飾器，您可以實(shí)現(xiàn)諸如日志記錄、訪問控制、性能測(cè)量等功能，同時(shí)保持代碼的清晰和模塊化。
裝飾器的工作原理
裝飾器定義：首先，您需要定義一個(gè)裝飾器函數(shù)。這個(gè)函數(shù)接受一個(gè)被裝飾的函數(shù)作為參數(shù)，并返回一個(gè)新的函數(shù)（通常是內(nèi)部定義的一個(gè)閉包），該新函數(shù)可以在執(zhí)行原始函數(shù)之前或之后添加額外邏輯。
應(yīng)用裝飾器：要將裝飾器應(yīng)用于某個(gè)函數(shù)，可以使用 @decorator_name 語法糖，放在函數(shù)定義之前。這相當(dāng)于在函數(shù)定義后立即調(diào)用裝飾器并將函數(shù)作為參數(shù)傳遞給它。
執(zhí)行流程：當(dāng)調(diào)用被裝飾的函數(shù)時(shí)，實(shí)際上是在調(diào)用裝飾器返回的新函數(shù)。這意味著您可以在實(shí)際執(zhí)行目標(biāo)函數(shù)之前或之后插入自定義行為。
示例：基本裝飾器
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
@my_decorator
def say_hello():
print("Hello!")
say_hello()
# 輸出:
# Something is happening before the function is called.
# Hello!
# Something is happening after the function is called.在這個(gè)例子中，my_decorator 是一個(gè)簡(jiǎn)單的裝飾器，它包裝了 say_hello 函數(shù)，在調(diào)用前后打印消息。
帶參數(shù)的裝飾器
有時(shí)，您可能希望裝飾器本身也能接受參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以創(chuàng)建一個(gè)“裝飾器工廠”——即一個(gè)返回裝飾器的函數(shù)。
示例：帶參數(shù)的裝飾器
def repeat(num_times):
def decorator_repeat(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
for _ in range(num_times):
result = func(*args, **kwargs)
return result
return wrapper
return decorator_repeat
@repeat(num_times=3)
def greet(name):
print(f"Hello {name}")
greet("Alice")
# 輸出:
# Hello Alice
# Hello Alice
# Hello Alice這里，repeat 是一個(gè)裝飾器工廠，它根據(jù)提供的 num_times 參數(shù)生成一個(gè)具體的裝飾器。
類裝飾器
除了函數(shù)，Python 還支持類裝飾器。類裝飾器通常用于修改類的行為或?qū)傩浴Ｋ鼈兘邮疹愖鳛閰?shù)，并返回一個(gè)新的類或修改后的類。
示例：類裝飾器
def add_method(cls):
def decorator(func):
setattr(cls, func.__name__, func)
return cls
return decorator
@add_method
class MyClass:
pass
@add_method(MyClass)
def new_method(self):
print("This is a dynamically added method.")
obj = MyClass()
obj.new_method() # 輸出: This is a dynamically added method.在這個(gè)例子中，add_method 是一個(gè)類裝飾器，它向 MyClass 動(dòng)態(tài)添加了一個(gè)新的方法。
內(nèi)置裝飾器
Python 提供了一些內(nèi)置的裝飾器來簡(jiǎn)化常見的編程任務(wù)：
@classmethod 和 @staticmethod：用于定義類方法和靜態(tài)方法。
@property：用于將類的方法轉(zhuǎn)換為只讀屬性。
@functools.lru_cache：用于緩存函數(shù)的結(jié)果以提高性能。
@dataclasses.dataclass：用于自動(dòng)為類生成特殊方法（如 __init__() 和 __repr__()）。
示例：使用 @property
class Circle:
def __init__(self, radius):
self._radius = radius
@property
def radius(self):
"""The radius property."""
print("Getting radius")
return self._radius
@radius.setter
def radius(self, value):
if value >= 0:
self._radius = value
else:
raise ValueError("Radius must be non-negative")
circle = Circle(5)
print(circle.radius) # 輸出: Getting radius\n5
circle.radius = 10
print(circle.radius) # 輸出: Getting radius\n10使用多個(gè)裝飾器
如果一個(gè)函數(shù)被多個(gè)裝飾器修飾，則這些裝飾器按照從下到上的順序依次應(yīng)用。也就是說，最接近函數(shù)定義的裝飾器最先執(zhí)行。
示例：多個(gè)裝飾器
def decorator_one(func):
def wrapper():
print("Decorator one")
func()
return wrapper
def decorator_two(func):
def wrapper():
print("Decorator two")
func()
return wrapper
@decorator_one
@decorator_two
def hello():
print("Hello!")
hello()
# 輸出:
# Decorator one
# Decorator two
# Hello!在這個(gè)例子中，decorator_two 首先被應(yīng)用，然后是 decorator_one。
總結(jié)
裝飾器是 Python 中非常強(qiáng)大且靈活的工具，它們可以讓您以優(yōu)雅的方式擴(kuò)展或修改函數(shù)和類的功能。通過理解裝飾器的工作原理以及如何構(gòu)建自己的裝飾器，您可以編寫出更加簡(jiǎn)潔、可維護(hù)和功能豐富的代碼。隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，您還將發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于裝飾器的高級(jí)用法和最佳實(shí)踐。
