python3 装饰器

Posted 2020-10-24 NAVYSUMMER

在Python这个国家里，装饰器以及后面讲到的迭代器，生成器都是十二分重要的高级函数。

如果将装饰器比作取经路上的一个大boss，那么想干掉它必须拿到三件法宝

法宝一（作用域）：

 

法宝二（函数即对象）：

在python的世界里，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，函数是包含变量对象的对象）。

def foo():
    print(\'i am the foo\')
    bar()
     
def bar():     
    print(\'i am the bar\')
 
foo()
# def bar():      #报错
#     print(\'i am the bar\')

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带着这个问题，我们聊一聊函数在内存的存储情况：

                                  

                                                   图1

函数对象的调用仅仅比其它对象多了一个()而已！foo,bar与a,b一样都是个变量名。

那上面的问题也就解决了，只有函数加载到内存才可以被调用。

既然函数是对象，那么自然满足下面两个条件：

1. 其可以被赋给其他变量

def foo():
    print(\'foo\')
bar=foo
bar()
foo()
print(id(foo),id(bar))  #4321123592 4321123592

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2. 其可以被定义在另外一个函数内(作为参数&作为返回值),类似于整形，字符串等对象。

#*******函数名作为参数**********
def foo(func):
    print(\'foo\')
    func()
 
def bar():
    print(\'bar\')
 
foo(bar)
 
#*******函数名作为返回值*********
 
def foo():
    print(\'foo\')
    return bar
 
def bar():
    print(\'bar\')
 
b=foo()
b()

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注意：这里说的函数都是指函数名，比如foo；而foo()已经执行函数了，foo()是什么类型取决于return的内容是什么类型！！！

         另外，如果大家理解不了对象，那么就将函数理解成变量，因为函数对象总会由一个或多个变量引用，比如foo，bar。

法宝三（函数的嵌套以及闭包）：

抛一个小问题：

def foo():
    print(\'foo\')
    def bar():
        print(\'bar\')
    # bar()
bar()

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是的，bar就是一个变量名，有自己的作用域的。

Python允许创建嵌套函数。通过在函数内部def的关键字再声明一个函数即为嵌套：

#想执行inner函数,两种方法
def outer():
     x = 1
     def inner():
         print (x) # 1
     # inner() # 2
     return inner
 
# outer()
in_func=outer()
in_func()

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在这里，你有没有什么疑问？如果没有，那我问你：

1 两种调用方式有区别吗，不都是在外面调用inner吗？

in_func=outer() 
in_func()  
###########
inner()(已经加载到内存啦)

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def outer():
     x = 1
     def inner():
         b=6
         print (x)
     return inner
#inner()#报错原因:找不到这个引用变量
in_func=outer()#这里其实就是一个变量赋值,将inner的引用对象赋值给in_func,类似于a=5,b=a一样
               #有同学会想直接赋值不行吗:in_func=inner? 哥,inner不还是找不到吗,对吧
in_func()

原因

2

def outer():
    x=1    #函数outer执行完毕即被销毁
print(x) 

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既然这样，i()执行的时候outer函数已经执行完了，为什么inner还可以调用outer里的变量x呢？

 

哈，这就涉及到我们叫讲的闭包啦！

因为：outer里return的inner是一个闭包函数，有x这个环境变量。

 OK，那么什么是闭包呢？

闭包(closure)是函数式编程的重要的语法结构。

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).

如上实例，inner就是内部函数，inner里引用了外部作用域的变量x（x在外部作用域outer里面，不是全局作用域），

则这个内部函数inner就是一个闭包。

再稍微讲究一点的解释是，闭包=函数块+定义函数时的环境，inner就是函数块，x就是环境，当然这个环境可以有很多，不止一个简单的x。

print(in_func.__closure__[0].cell_contents)

# 用途1：当闭包执行完后，仍然能够保持住当前的运行环境。
# 比如说，如果你希望函数的每次执行结果，都是基于这个函数上次的运行结果。我以一个类似棋盘游戏的例子
# 来说明。假设棋盘大小为50*50，左上角为坐标系原点(0,0)，我需要一个函数，接收2个参数，分别为方向
# (direction)，步长(step)，该函数控制棋子的运动。棋子运动的新的坐标除了依赖于方向和步长以外，
# 当然还要根据原来所处的坐标点，用闭包就可以保持住这个棋子原来所处的坐标。

origin = [0, 0] # 坐标系统原点
legal_x = [0, 50] # x轴方向的合法坐标
legal_y = [0, 50] # y轴方向的合法坐标
def create(pos=origin):
 def player(direction,step):
  # 这里应该首先判断参数direction,step的合法性，比如direction不能斜着走，step不能为负等
  # 然后还要对新生成的x，y坐标的合法性进行判断处理，这里主要是想介绍闭包，就不详细写了。
  new_x = pos[0] + direction[0]*step
  new_y = pos[1] + direction[1]*step
  pos[0] = new_x
  pos[1] = new_y
  #注意！此处不能写成 pos = [new_x, new_y]，原因在上文有说过
  return pos
 return player

player = create() # 创建棋子player，起点为原点
print (player([1,0],10)) # 向x轴正方向移动10步
print (player([0,1],20)) # 向y轴正方向移动20步
print (player([-1,0],10)) # 向x轴负方向移动10步

用途1

# 用途2：闭包可以根据外部作用域的局部变量来得到不同的结果，这有点像一种类似配置功能的作用，我们可以
# 修改外部的变量，闭包根据这个变量展现出不同的功能。比如有时我们需要对某些文件的特殊行进行分析，先
# 要提取出这些特殊行。

def make_filter(keep):
 def the_filter(file_name):
  file = open(file_name)
  lines = file.readlines()
  file.close()
  filter_doc = [i for i in lines if keep in i]
  return filter_doc
 return the_filter

# 如果我们需要取得文件"result.txt"中含有"pass"关键字的行，则可以这样使用例子程序
filter = make_filter("pass")
filter_result = filter("result.txt")

用途2

装饰器概念

装饰器本质上是一个函数，该函数用来处理其他函数，它可以让其他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一个函数对象。它经常用于有切面需求的场景，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已经存在的对象添加额外的功能。

业务生产中大量调用的函数：

def foo():
    print(\'hello foo\')
foo()

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现在有一个新的需求，希望可以记录下函数的执行时间，于是在代码中添加日志代码：

import time
def foo():
    start_time=time.time()
    print(\'hello foo\')
    time.sleep(3)
    end_time=time.time()
    print(\'spend %s\'%(end_time-start_time))
 
foo()

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bar()、bar2()也有类似的需求，怎么做？再在bar函数里调用时间函数？这样就造成大量雷同的代码，为了减少重复写代码，我们可以这样做，重新定义一个函数：专门设定时间:

import time
def show_time(func):
    start_time=time.time()
    func()
    end_time=time.time()
    print(\'spend %s\'%(end_time-start_time))
 
 
def foo():
    print(\'hello foo\')
    time.sleep(3)
 
show_time(foo)

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逻辑上不难理解，而且运行正常。 但是这样的话,你基础平台的函数修改了名字，容易被业务线的人投诉的，因为我们每次都要将一个函数作为参数传递给show_time函数。而且这种方式已经破坏了原有的代码逻辑结构，之前执行业务逻辑时，执行运行foo()，但是现在不得不改成show_time(foo)。那么有没有更好的方式的呢？当然有，答案就是装饰器。

 

简单装饰器

if  foo()==show_time(foo) :问题解决!  

   所以，我们需要show_time(foo)返回一个函数对象，而这个函数对象内则是核心业务函数:执行func()与装饰函数时间计算，修改如下：

import time
 
def show_time(func):
    def wrapper():
        start_time=time.time()
        func()
        end_time=time.time()
        print(\'spend %s\'%(end_time-start_time))
 
    return wrapper
 
 
def foo():
    print(\'hello foo\')
    time.sleep(3)
 
foo=show_time(foo)
foo()

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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(Aspect-Oriented Programming)。　

@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

import time
 
def show_time(func):
    def wrapper():
        start_time=time.time()
        func()
        end_time=time.time()
        print(\'spend %s\'%(end_time-start_time))
 
    return wrapper
 
@show_time   #foo=show_time(foo)
def foo():
    print(\'hello foo\')
    time.sleep(3)
 
 
@show_time  #bar=show_time(bar)
def bar():
    print(\'in the bar\')
    time.sleep(2)
 
foo()
print(\'***********\')
bar()

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      如上所示，这样我们就可以省去bar = show_time(bar)这一句了，直接调用bar()即可得到想要的结果。如果我们有其他的类似函数，我们可以继续调用装饰器来修饰函数，而不用重复修改函数或者增加新的封装。这样，我们就提高了程序的可重复利用性，并增加了程序的可读性。

      这里需要注意的问题：  foo=show_time(foo)其实是把wrapper引用的对象引用给了foo，而wrapper里的变量func之所以可以用，就是因为wrapper是一个闭包函数。

key：

@show_time帮我们做的事情就是当我们执行业务逻辑foo()时，执行的代码由粉框部分转到蓝框部分，仅此而已！

 

装饰器在Python使用如此方便都要归因于Python的函数能像普通的对象一样能作为参数传递给其他函数，可以被赋值给其他变量，可以作为返回值，可以被定义在另外一个函数内。

带参数的被装饰函数　

import time
 
def show_time(func):
 
    def wrapper(a,b):
        start_time=time.time()
        func(a,b)
        end_time=time.time()
        print(\'spend %s\'%(end_time-start_time))
 
    return wrapper
 
@show_time   #add=show_time(add)
def add(a,b):
 
    time.sleep(1)
    print(a+b)
 
add(2,4)

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import time

def show_time(func):

    def wrapper(a,b):
        start_time=time.time()
        ret=func(a,b)
        end_time=time.time()
        print(\'spend %s\'%(end_time-start_time))
        return ret

    return wrapper

@show_time   #add=show_time(add)
def add(a,b):

    time.sleep(1)
    return a+b

print(add(2,5))

注意

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)

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带参数的装饰器

装饰器还有更大的灵活性，例如带参数的装饰器：在上面的装饰器调用中，比如@show_time，该装饰器唯一的参数就是执行业务的函数。装饰器的语法允许我们在调用时，提供其它参数，比如@decorator(a)。这样，就为装饰器的编写和使用提供了更大的灵活性。

import time
 
def time_logger(flag=0):
 
    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))
 
                if flag:
                    print(\'将这个操作的时间记录到日志中\')
 
            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(2,7,5)

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@time_logger(3) 做了两件事：

    （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 们使用@time_logger(3)调用的时候，Python能够发现这一层的封装，并把参数传递到装饰器的环境中。

 

多层装饰器

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 hello():
    return "hello alvin"
 
hello()

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过程：

类装饰器

再来看看类装饰器，相比函数装饰器，类装饰器具有灵活度大、高内聚、封装性等优点。使用类装饰器还可以依靠类内部的__call__方法，当使用 @ 形式将装饰器附加到函数上时，就会调用此方法。

import time

class Foo(object):
    def __init__(self, func):
        self._func = func

    def __call__(self):
        start_time=time.time()
        self._func()
        end_time=time.time()
        print(\'spend %s\'%(end_time-start_time))

@Foo  #bar=Foo(bar)

def bar():

    print (\'bar\')
    time.sleep(2)

bar()    #bar=Foo(bar)()>>>>>>>没有嵌套关系了,直接active Foo的 __call__方法

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functools.wraps

使用装饰器极大地复用了代码，但是他有一个缺点就是原函数的元信息不见了，比如函数的docstring、__name__、参数列表，先看例子：

def foo():
    print("hello foo")

print(foo.__name__)
#####################

def logged(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):

        print (func.__name__ + " was called")
        return func(*args, **kwargs)

    return wrapper


@logged
def cal(x):
   return x + x * x


print(cal.__name__)

########
# foo
# wrapper

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解释：

@logged
def f(x):
   return x + x * x

等价于：

def f(x):
    return x + x * x
f = logged(f)

不难发现，函数f被wrapper取代了，当然它的docstring，__name__就是变成了wrapper函数的信息了。

print f.__name__    # prints \'wrapper\'
print f.__doc__     # prints None

这个问题就比较严重的，好在我们有functools.wraps，wraps本身也是一个装饰器，它能把原函数的元信息拷贝到装饰器函数中，
这使得装饰器函数也有和原函数一样的元信息了。

from functools import wraps
 
 
def logged(func):
 
    @wraps(func)
 
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print (func.__name__ + " was called")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper
 
@logged
def cal(x):
   return x + x * x
 
print(cal.__name__)  #cal

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内置装饰器

@staticmathod

@classmethod

@property

补充

##----------------------------------------foo函数先加载到内存,然后foo变量指向新的引用,所以递归里的foo是wrapper函数对象
# def show_time(func):
#
#     def wrapper(n):
#         ret=func(n)
#         print("hello,world")
#         return ret
#     return wrapper
#
# @show_time# foo=show_time(foo)
# def foo(n):
#     if n==1:
#         return 1
#     return n*foo(n-1)
# print(foo(6))


########################
def show_time(func):

    def wrapper(n):
        ret=func(n)
        print("hello,world")
        return ret
    return wrapper

@show_time# foo=show_time(foo)
def foo(n):
    def _foo(n):
        if n==1:
            return 1
        return n*_foo(n-1)
    return _foo(n)
print(foo(6))

迭代函数被装饰

View Code