python3基础-装饰器

Posted 2020-10-20 liushiyi

　　要理解充分理解python的装饰器，有充分理解下述三个知识点为前提：

• python作用域规则
• 函数即对象
• 闭包　

一、python作用域规则：

　　首先介绍python中的作用域规则。python的作用域规则遵循LEGB规则，这四个字母是什么意思呢？下面将逐一介绍：

• L：local函数内部作用域
• E：enclosing函数内部与内嵌函数之间
• G：global全局作用域
• B：build-in内置作用域

　　上述四个作用域的优先级表现为L>E>G>B，具体在代码中是什么意思呢？我们举例来说明。

　　1. local内部作用域

　　有如下代码，在foo()函数内部和外部都有一个num变量，在函数内部调用num变量，python优先调用了内部的num。函数内部的num的仅仅在函数内部有效，即其生存周期为函数调用结束后内部的num变量失效。

num = 90

def foo():
    num = 100
    print("函数内部变量num的地址是:{_id}".format(_id=id(num)))
    print("内部num:{_num}".format(_num=num))


foo()
print("函数外部变量num的地址是:{_id}".format(_id=id(num)))
print("外部num:{_num}".format(_num=num))

# 执行上述代码获得如下结果：

　# 函数内部变量num的地址是:4305316064
　# 内部num:100
　# 函数外部变量num的地址是:4305315744
　# 外部num:90

　　2. enclosing函数内部与内嵌函数之间

　　python的函数支持嵌套定义，即在一个函数内部再定义函数，将函数看做一个对象并进行返回。这样，在调用外部函数的时候可以使用一个变量将内部的函数接收。

　　我们在foo1内部定义了foo2函数，并将foo2返回。所谓的enclosing是指foo2和foo1之间的作用域。

　　代码段1：

def foo1():
    num = 100

    def foo2():
        num = 90
        print("foo2-num_id:{_id}".format(_id=id(num)))
        print("foo2-num:{_num}".format(_num=num))

    print("foo1-num_id:{_id}".format(_id=id(num)))
    print("foo1-num:{_num}".format(_num=num))

    return foo2

foo2 = foo1()
foo2()

# 执行上述代码得：

　# foo1-num_id:4305316064
　# foo1-num:100
　# foo2-num_id:4305315744
　# foo2-num:90

　　代码段2：

def foo1():
    num = 100

    def foo2():
        # num = 90
        print("foo2-num_id:{_id}".format(_id=id(num)))
        print("foo2-num:{_num}".format(_num=num))

    print("foo1-num_id:{_id}".format(_id=id(num)))
    print("foo1-num:{_num}".format(_num=num))

    return foo2

foo2 = foo1()
foo2()

# 执行上述代码得：

　# foo1-num_id:4305316064
　# foo1-num:100
　# foo2-num_id:4305316064
　# foo2-num:100

　　对比代码段1和代码段2可以看出，在foo2内部，调用num变量时，会优先调用内部的num变量，假如内部变量num不存在，则去外层寻找num。

　　3. global全局作用域

　　global作用域是指整个python文件。 1 num = 1 2 3 def foo1():

 4     num = 2
 5 
 6     def foo2():
 7         num = 3
 8         print(num)
 9 
10     print(num)
11 
12     return foo2
13 
14 print(num)
15 foo2 = foo1()
16 foo2()

　　# 执行上述代码得：
　　　1
　　　2
　　　3

　　上述代码分别定了三个num变量，其中第1行中的num属于全部作用域范围。

　　4. build-in内置作用域　

def Max(a,b):
    return max(a, b)

print(Max(1,2))

　　上述代码中，编译器在编译Max函数的时候，发现Max函数包含max函数，而局部作用域和全局作用域都没有max函数，编译器就会去内置作用域中查找max。

二、函数即对象：

　　在python这个世界里，函数和我们之前的[1,2,3],‘abc‘,8等一样都是对象，而且函数是最高级的对象(对象是类的实例化，可以调用相应的方法，函数时包含变量的对象的对象)。

　　

　　通过上图，咱们来理解一下python变量在内存中的情况。

　　我们定义一个a=8，其实a存储的并不是‘8’这个值，而是‘8’在内存中的地址。将进行b=a这个操作时，是将a中包含‘8’的内存地址赋值给b，这样的话b也就指向8了。此时，a和b在值上表现出一样。同样的道理，我们定义一个函数foo()，它执行print(‘ok‘) 这个操作，此时，编译器在编译foo()这个函数的时候，会将foo这个函数名指向print(‘ok‘)这条语句在内存中的地址。在python中，函数是一个对象，既然是对象，我们就可以对其进行更改(赋值)，执行bar=foo这个操作的意思就是bar这个变量指向print(‘ok‘)在内存中的地址。

　　根据上述理解，我们可以得出下述两个结论:

　　1.  函数名可以赋给其它变量

def foo():
    print(‘i am foo...‘)

bar = foo
bar()

# 执行上述代码，打印‘i am foo...‘

　　2. 函数名可以作为函数的参数进行传递，类型字符串、列表等

def foo():
    print(‘i am foo...‘)

def func(f):
    f()
    
func(foo)

# 执行上述代码，打印‘i am foo...‘

　　3. 函数名可以作为返回值返回

def foo1():
    def foo2():
        print(‘i am foo2‘)
    return foo2

foo = foo1()
foo()

# 执行上述代码，打印‘i am foo2...‘

三、闭包

　　首先来看一个闭包的实例。

def outer(num):

    def inner():
        print(num)
    return inner

func = outer(10)
func()

　　上述代码便是一个闭包的实例。我们来分析一下代码：

　　1. 参数(变量)num的作用域为整个outer函数，其中在inner函数中也是有效的。

　　2. inner函数(根据前面的内容，我们可以将其理解为一个变量)，其作用域也在函数outer内部有效。

　　但是，我们在代码中调用outer函数，此时它返回inner函数被func接收。我们再次执行func函数，它成功地打印了num的值，此时，便有一个疑问，num变量已经跑到它的作用域外面去了，为何它还是有效的？

　　原来，上述代码构成了一个闭包函数。

　　所谓的闭包函数，由两部分构成。一个是内部函数，另一个是定义内部函数时的环境，其中num这个值便是当时定义inner函数时的环境之一。

　　闭包 = 函数块+定义函数时的环境

　　return表面上虽然只返回了innner函数，但实际上它将当时定义inner函数时所处的环境一起返回(当然，这个环境并不是单纯的只有num变量，还有其它很多....)。

　　闭包的完整定义：如果在一个内部函数里，对在外部作用域(但不是在全局作用域)的变量进行引用，那么内部函数就被认为是闭包(closure)

四、装饰器　　

　　说了这么多，终于可以说到装饰器了。

　　装饰器本质上是一个函数，该函数用来处理其它函数，它可以让其它函数在不需要修改代码的前提下增加额外的功能，装饰器的返回值也是函数对象。它经常用于切面需求的场景，比如：插入日志、性能测试、事务处理、缓存、权限校验等应用场景。装饰器是解决这类问题的绝佳设计，有了装饰器，我们就可以抽离出大量与函数功能本身无关的雷同代码并继续重用。概括的讲，装饰器的作用就是为了已经存在的对象添加额外的功能。

　　我们来看一个装饰器的实例：

import time

def show_time(func):
    def inner():
        start = time.time()
        func()
        end = time.time()
        print("spend %s" % (end - start))
    return inner


@show_time  # foo = show_time(foo)
def foo():
    print(‘foo...‘)
    time.sleep(2)


@show_time  # bar = show_time(bar)
def bar():
    print(‘bar...‘)
    time.sleep(2)

　　此时有两个函数foo()和bar()，我们想查看一下这两个函数的执行时间。此时我们定义一个show_time函数，该函数的参数是一个函数名字，返回值是一个函数。在函数内部，执行传入的函数并且打印其执行的时间。

　　函数show_time就是装饰器，它把真正的业务方法func包裹在函数里面，看起来像foo被上下时间函数装饰了。在这个例子中，函数进入和退出时，被称为一个横切面(Aspect)，这种编程方式被称为面向切面的编程。

　　@符号是装饰器的语法糖，在定义函数的时候使用，避免再一次赋值操作。

五、带参数的装饰器

　　1. 不定长参数的装饰器

#***********************************不定长参数
import time

def show_time(func):

    def wrapper(*args,**kwargs):
        start_time=time.time()
        func(*args,**kwargs)
        end_time=time.time()
        print(‘spend %s‘%(end_time-start_time))

    return wrapper

@show_time   #add=show_time(add)
def add(*args,**kwargs):

    time.sleep(1)
    sum=0
    for i in args:
        sum+=i
    print(sum)

add(2,4,8,9)

　　2. 装饰器本身含有参数

　　

import time

def time_logger(flag=0):

    def show_time(func):

        def wrapper(*args, **kwargs):
            start = time.time()
            func(*args, **kwargs)
            end = time.time()
            print(‘spend %s‘ % (start - end))

            if flag:
                print(‘打印成功‘)
        return wrapper

    return show_time


@time_logger(3)
def add(*args, **kwargs):
    time.sleep(1)
    sum = 0
    for i in args:
        sum += i
    print(sum)


add(1, 2, 3, 4, 5)

　　@time_logger(3)做了两件事情：

　　1. time_logger(3) 得到闭包函数show_time，里面保存环境变量flag

　　2. @show_time add=show_time(add)

　　上面的time_logger是允许带参数的装饰器。它实际上是对原有装饰器的一个函数封装，并返回一个装饰器(一个含有参数的闭包函数)。当我们调用@time_logger(3)时，python能够发现这一层的封装，并把参数传递到装饰器。