如何创建函数装饰器并将它们链接在一起

技术背景

在 Python 中，装饰器是一种强大的工具，它允许在不修改原函数代码的情况下，对函数的行为进行扩展和修改。装饰器本质上是一个函数，它接受另一个函数作为参数，并返回一个新的函数。装饰器可以用于许多场景，如日志记录、性能测试、权限验证等。了解如何创建函数装饰器并将它们链接在一起，能帮助开发者编写更加模块化、可复用和易于维护的代码。

实现步骤

理解 Python 函数的对象特性

在 Python 中，函数是对象，可以被赋值给变量、在其他函数内部定义，还可以作为参数传递和返回。

def shout(word="yes"):
    return word.capitalize() + "!"

scream = shout
print(scream())  # 输出: 'Yes!'

del shout
print(scream())  # 仍然可以输出 'Yes!'

创建简单的装饰器

装饰器是一个函数，它接受另一个函数作为参数，并返回一个新的函数。新的函数通常会在调用原函数的前后执行一些额外的代码。

def my_shiny_new_decorator(a_function_to_decorate):
    def the_wrapper_around_the_original_function():
        print("Before the function runs")
        a_function_to_decorate()
        print("After the function runs")
    return the_wrapper_around_the_original_function

def a_stand_alone_function():
    print("I am a stand alone function, don't you dare modify me")

a_stand_alone_function = my_shiny_new_decorator(a_stand_alone_function)
a_stand_alone_function()

使用装饰器语法

Python 提供了 @ 语法糖来简化装饰器的使用。

@my_shiny_new_decorator
def another_stand_alone_function():
    print("Leave me alone")

another_stand_alone_function()

链式调用装饰器

可以将多个装饰器应用到同一个函数上，它们会按照从下到上的顺序依次执行。

def bread(func):
    def wrapper():
        print("</''''''\\>")
        func()
        print("<\______/>")
    return wrapper

def ingredients(func):
    def wrapper():
        print("#tomatoes#")
        func()
        print("~salad~")
    return wrapper

@bread
@ingredients
def sandwich(food="--ham--"):
    print(food)

sandwich()

核心代码

简单装饰器示例

def makebold(fn):
    def wrapper():
        return "<b>" + fn() + "</b>"
    return wrapper

def makeitalic(fn):
    def wrapper():
        return "<i>" + fn() + "</i>"
    return wrapper

@makebold
@makeitalic
def say():
    return "hello"

print(say())  # 输出: <b><i>hello</i></b>

带参数的装饰器示例

def decorator_maker_with_arguments(decorator_arg1, decorator_arg2):
    def my_decorator(func):
        def wrapped(function_arg1, function_arg2):
            print("I am the wrapper around the decorated function.\n"
                  "I can access all the variables\n"
                  "\t- from the decorator: {0} {1}\n"
                  "\t- from the function call: {2} {3}\n"
                  "Then I can pass them to the decorated function"
                  .format(decorator_arg1, decorator_arg2,
                          function_arg1, function_arg2))
            return func(function_arg1, function_arg2)
        return wrapped
    return my_decorator

@decorator_maker_with_arguments("Leonard", "Sheldon")
def decorated_function_with_arguments(function_arg1, function_arg2):
    print("I am the decorated function and only knows about my arguments: {0} {1}"
          .format(function_arg1, function_arg2))

decorated_function_with_arguments("Rajesh", "Howard")

最佳实践

• 使用 functools.wraps：functools.wraps 可以将原函数的元信息（如名称、文档字符串等）复制到装饰器返回的新函数中，方便调试和文档生成。

import functools

def bar(func):
    @functools.wraps(func)
    def wrapper():
        print("bar")
        return func()
    return wrapper

@bar
def foo():
    print("foo")

print(foo.__name__)  # 输出: foo

• 避免过度使用装饰器：装饰器会增加函数调用的开销，因此在性能敏感的场景中要谨慎使用。
• 保持装饰器的简洁性：装饰器应该专注于单一的功能，避免在一个装饰器中实现过多的逻辑。

常见问题

• 如何传递参数给装饰器：可以使用一个函数来生成装饰器，该函数接受参数并返回一个装饰器。
• 装饰器的执行顺序：链式调用装饰器时，装饰器会按照从下到上的顺序依次执行。
• 如何调试被装饰的函数：使用 functools.wraps 可以保留原函数的元信息，方便调试。同时，可以在装饰器中添加日志输出，帮助定位问题。