深入理解Python中的装饰器：原理、应用与实现
在Python编程中，装饰器（decorator）是一种非常强大且灵活的工具，它允许程序员在不修改原函数代码的情况下为函数添加新功能。装饰器广泛应用于日志记录、性能测试、事务处理等场景。本文将深入探讨Python装饰器的原理、应用场景，并通过具体示例展示如何编写和使用装饰器。
装饰器的基本概念
装饰器本质上是一个Python函数，它接受另一个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个新的函数通常会在执行原始函数之前或之后添加额外的功能，或者对原始函数的行为进行修改。装饰器的语法形式为“@decorator_name”，放置在被装饰函数定义的上方。
1. 简单的例子
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_decoratordef say_hello(): print("Hello!")say_hello()输出结果：
Something is happening before the function is called.Hello!Something is happening after the function is called.在这个例子中，my_decorator是装饰器函数，它接收say_hello函数作为参数。wrapper函数在调用say_hello之前和之后分别打印了一条消息，然后返回了wrapper函数对象。当我们使用@my_decorator来装饰say_hello函数时，实际上是在调用my_decorator(say_hello)，并将返回的wrapper函数赋值给say_hello标识符。因此，当我们调用say_hello()时，实际上是执行了wrapper()。
带有参数的装饰器
很多时候，我们希望装饰器能够接受参数，以便更灵活地控制其行为。为了实现这一点，我们需要创建一个外部函数来接收这些参数，然后返回一个真正的装饰器函数。
1. 带有参数的装饰器示例
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")输出结果：
Hello AliceHello AliceHello Alice在这个例子中，repeat函数是装饰器工厂函数，它接收num_times参数并返回实际的装饰器函数decorator_repeat。decorator_repeat又接收被装饰的函数func作为参数，并返回wrapper函数。wrapper函数内部使用for循环根据num_times的值重复调用func。
类装饰器
除了函数装饰器，Python还支持类装饰器。类装饰器可以通过定义一个类并在其中实现__call__方法来实现。当该类被用作装饰器时，会实例化这个类，并调用其实例的__call__方法。
1. 类装饰器示例
class CountCalls: def __init__(self, func): self.func = func self.num_calls = 0 def __call__(self, *args, **kwargs): self.num_calls += 1 print(f"This is call {self.num_calls} of {self.func.__name__!r}") return self.func(*args, **kwargs)@CountCallsdef say_goodbye(): print("Goodbye!")say_goodbye()say_goodbye()输出结果：
This is call 1 of 'say_goodbye'Goodbye!This is call 2 of 'say_goodbye'Goodbye!在这个例子中，CountCalls类的构造函数接收被装饰的函数func作为参数，并初始化计数器num_calls为0。__call__方法每次被调用时都会增加计数器的值，并打印出当前是第几次调用该函数，最后再调用原始的func函数。
装饰器的应用场景
1. 日志记录
装饰器可以很方便地用于记录函数的调用信息，例如时间戳、输入参数、返回值等。这对于调试程序和监控系统运行状态非常有用。
import loggingfrom functools import wrapslogging.basicConfig(level=logging.INFO)def log_execution(func): @wraps(func) # 保留原始函数的元数据 def wrapper(*args, **kwargs): logging.info(f"Calling function '{func.__name__}' with args={args}, kwargs={kwargs}") result = func(*args, **kwargs) logging.info(f"Function '{func.__name__}' returned {result}") return result return wrapper@log_executiondef add(a, b): return a + badd(5, 7)输出结果：
INFO:root:Calling function 'add' with args=(5, 7), kwargs={}INFO:root:Function 'add' returned 122. 性能测试
我们可以使用装饰器来测量函数的执行时间，从而评估函数的性能。
import timedef measure_time(func): def wrapper(*args, **kwargs): start_time = time.time() result = func(*args, **kwargs) end_time = time.time() execution_time = end_time - start_time print(f"Execution time of '{func.__name__}': {execution_time:.6f} seconds") return result return wrapper@measure_timedef slow_function(n): sum = 0 for i in range(n): sum += i return sumslow_function(1000000)输出结果：
Execution time of 'slow_function': 0.045687 seconds3. 权限验证
在Web开发或其他需要用户权限管理的场景下，装饰器可以用来检查用户是否有权访问某个资源或执行某个操作。
def check_permission(user_role): def decorator_check_permission(func): def wrapper(*args, **kwargs): if user_role == "admin": return func(*args, **kwargs) else: print("Permission denied!") return wrapper return decorator_check_permission@check_permission(user_role="user")def admin_only_action(): print("Performing an action that only admins can do.")admin_only_action()输出结果：
Permission denied!Python装饰器提供了一种简洁而强大的方式来增强函数的功能。通过合理地使用装饰器，我们可以使代码更加模块化、可读性和可维护性更强。无论是初学者还是经验丰富的开发者，掌握装饰器都是非常有益的。
