深入理解Python中的装饰器：从基础到高级应用
在现代编程中，代码的可读性、可维护性和扩展性是至关重要的。Python作为一种简洁且功能强大的编程语言，提供了许多工具和特性来帮助开发者编写高效的代码。其中，装饰器（Decorator） 是一个非常有用的功能，它允许我们在不修改原函数的情况下，为其添加新的行为或功能。本文将深入探讨Python中的装饰器，从基础概念到高级应用，并结合具体的代码示例进行说明。
1. 装饰器的基本概念
装饰器本质上是一个高阶函数，它可以接受另一个函数作为参数，并返回一个新的函数。通过装饰器，我们可以在不改变原函数逻辑的前提下，为其添加额外的功能。装饰器通常用于日志记录、性能测量、访问控制等场景。
1.1 简单的装饰器示例
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 是一个装饰器，它包裹了 say_hello 函数。当我们调用 say_hello() 时，实际上是调用了经过装饰后的 wrapper 函数，从而实现了在函数执行前后添加额外的逻辑。
2. 带参数的装饰器
在实际开发中，我们可能需要为装饰器传递参数。为了实现这一点，我们可以使用嵌套的装饰器结构。带参数的装饰器实际上是一个返回装饰器的函数。
2.1 带参数的装饰器示例
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 是一个带参数的装饰器工厂函数，它接收一个参数 num_times，并返回一个真正的装饰器 decorator_repeat。这个装饰器会根据传入的参数重复执行被装饰的函数。
3. 使用类实现装饰器
除了使用函数作为装饰器外，我们还可以使用类来实现装饰器。类装饰器可以通过定义 __call__ 方法来实现。每次调用被装饰的函数时，实际上是在调用类实例的 __call__ 方法。
3.1 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 是一个类装饰器，它记录了被装饰函数的调用次数。每次调用 say_goodbye() 时，都会触发 CountCalls 类的 __call__ 方法，从而更新调用计数。
4. 装饰器链
在某些情况下，我们可能需要为同一个函数应用多个装饰器。Python 允许我们通过“装饰器链”的方式实现这一点。装饰器链的执行顺序是从内向外的，即最靠近函数的装饰器会首先执行。
4.1 装饰器链示例
def decorator_one(func): def wrapper(): print("Decorator One") func() return wrapperdef decorator_two(func): def wrapper(): print("Decorator Two") func() return wrapper@decorator_one@decorator_twodef hello_world(): print("Hello World")hello_world()输出结果：
Decorator OneDecorator TwoHello World在这个例子中，decorator_two 会先执行，然后才是 decorator_one。因此，输出的结果是先打印 "Decorator One"，再打印 "Decorator Two"，最后打印 "Hello World"。
5. 实际应用场景
装饰器不仅仅是一个语法糖，它在实际项目中有着广泛的应用。以下是一些常见的应用场景：
日志记录：通过装饰器可以方便地为函数添加日志记录功能，而无需修改函数本身的逻辑。
import loggingdef log_function_call(func): def wrapper(*args, **kwargs): logging.info(f"Calling {func.__name__} with args: {args}, kwargs: {kwargs}") result = func(*args, **kwargs) logging.info(f"{func.__name__} returned {result}") return result return wrapper@log_function_calldef add(a, b): return a + badd(3, 4)性能测量：装饰器可以帮助我们轻松地测量函数的执行时间，这对于性能优化非常有帮助。
import timedef measure_time(func): def wrapper(*args, **kwargs): start_time = time.time() result = func(*args, **kwargs) end_time = time.time() print(f"{func.__name__} took {end_time - start_time:.4f} seconds to execute") return result return wrapper@measure_timedef slow_function(): time.sleep(2)slow_function()权限验证：在Web开发中，装饰器常用于检查用户是否有权限访问某个资源。
def require_admin(func): def wrapper(user, *args, **kwargs): if user.role != 'admin': raise PermissionError("You do not have admin privileges") return func(user, *args, **kwargs) return wrapperclass User: def __init__(self, name, role): self.name = name self.role = role@require_admindef delete_user(admin_user, target_user): print(f"{admin_user.name} is deleting {target_user.name}")admin = User("Alice", "admin")normal_user = User("Bob", "user")delete_user(admin, normal_user) # 正常执行delete_user(normal_user, admin) # 抛出PermissionError装饰器是Python中一个强大且灵活的特性，它可以帮助我们以一种优雅的方式为函数添加额外的功能。通过本文的介绍，我们了解了装饰器的基本概念、如何创建带参数的装饰器、如何使用类实现装饰器以及装饰器链的执行顺序。此外，我们还探讨了一些常见的应用场景，如日志记录、性能测量和权限验证。希望这篇文章能够帮助你更好地理解和使用Python中的装饰器，从而提高你的编程效率和代码质量。
