python奇遇記：深入理解裝飾器

lemon 發布于2019-07-30 15:23 / 2311人閱讀

摘要：可見裝飾器改變了函數的功能。裝飾器除了改變函數功能之外還有一個特性是，函數裝飾器在導入模塊時立即執行，而被裝飾的函數只在明確調用時運行。

什么是裝飾器

裝飾器是什么，簡單來說，裝飾器可以改變一個函數的行為，比如原本有一個函數用來計算菲波那切數列，我們給這個函數加個計算執行時間的裝飾器，這樣原來的函數不僅能夠計算菲波那切數列，而且還可以輸出計算花費了多少時間。

在Python中，有幾個很常見的內置裝飾器：比如@staticmethod，它可以將一個類的方法聲明為靜態的。@property，為類中的變量設置get和set方法，保證了封裝性。

如果你使用過python的web框架（比如flask）開發過網站，你應該經常會見到裝飾器，像下面這樣：

@app.route("/")
def hello():
    return "Hello World!"

這段代碼把路由綁定到hello函數上，這樣你輸入網址之后就可以看到Hello World 。

先來看個很簡單的例子：

# 定義了一個裝飾器
def deco(func):
  def hah():
      print("hahha")
  return hah

上面我們定義了一個裝飾器，打印hahah，接下來使用：

# 使用這個裝飾器
@deco
def lal():
    pritn("lalalala")

lal()

執行lal()會輸出hahha。可見deco裝飾器改變了lal函數的功能。上面的代碼中，我們實際上是把lal函數放入了deco函數，像這樣：

lal = deco(lal)

只不過，直接使用@標志把裝飾器放在某個函數上更方便一點而已。

裝飾器其實就是一個函數嵌套另一個函數（這里涉及到一個概念叫做閉包，下面會講到）。在裝飾器的定義中，需要把內部的函數返回（像hah），內部函數用來真正的改變被裝飾函數的功能。

不過，上面定義的裝飾器好像沒什么用，我們來真正的寫一個裝飾器，像文章開頭說的那樣，定義一個裝飾器計算函數執行的時間。

實現一個簡單的裝飾器

import time
# 這個裝飾器接收一個函數作為參數
def clock(func):
  # clocked用來改變被裝飾函數功能
  # 接收任意可變參數
    def clocked(*args):
      #先計算時間
        t0 = time.perf_counter()
        # 然后運行被裝飾的函數
        result = func(*args)
        # 計算運行前后的時間差
        elapsed = time.perf_counter()-t0
        # 函數的名字
        name = func.__name__
        # 被裝飾函數的所有變量
        arg_str = ",".join(repr(arg) for arg in args)
        # 輸出
        print("[%0.8fs] %s(%s) -> %r" % (elapsed, name, arg_str, result))
        # 返回被裝飾函數執行結果
        # 可見裝飾器是在原來的函數上增加了某些功能
        # 而不是完全改變被裝飾函數
        return result
     # 把clocked函數返回
    return clocked

來使用一下上面定義的裝飾器：

@clock
def factorial(n):
    return 1 if n<2 else n*factorial(n-1)
  
result = factorial(6)
print(result)

執行結果：

[0.00000030s] factorial(1) -> 1
[0.00004588s] factorial(2) -> 2
[0.00007184s] factorial(3) -> 6
[0.00060794s] factorial(4) -> 24
[0.00064205s] factorial(5) -> 120
[0.00066801s] factorial(6) -> 720
720

可以看到，在輸出計算結果的同時，輸出了每一步的執行時間。

裝飾器除了改變函數功能之外還有一個特性是，函數裝飾器在導入模塊時立即執行，而被裝飾的函數只在明確調用時運行。這點需要注意。

當然了，裝飾器之上還可以放一個裝飾器，不過是多了一層嵌套而已。

python中還有一個內置的模塊functools，這里面定義了一些常用的裝飾器函數，幫助你更好地定義自己的裝飾器。這里就不講了。

閉包

說到閉包，在上面的代碼中我們已經見識到了，函數中嵌套函數就是閉包。嚴格來說，閉包是指延伸了作用域的函數，怎么理解？不如來看個例子：

我們定義一個函數不斷計算平均值，它會記住上一次計算的值進行累計。

# 先看一些效果
avg = make_averager()
print(avg(10))
print(avg(11))
print(avg(12))

輸出如下：

10.0
10.5
11.0

第一次輸出10，第二次輸出10加11的平均值，第三次輸出10加11加12的平均值。

怎么實現的？

def make_averager():
  # 局部變量series
  # 用來保存每次輸入的值
    series = []
    def averager(new_value):
        series.append(new_value)
        total = sum(series)
        return total/len(series)
    return averager

上面的函數中，series是局部變量。當我們調用avg(10)的時候，函數已經返回了，按理說它的本地作用域已經不存在了，但是我們還是可以繼續使用。這是因為series其實是自由變量，它不受本地作用域的限制。需要注意的是，對于不可變類型，需要顯示用關鍵字nonlocal 聲明自由變量，如果不聲明的話，會隱式的創建局部變量，這樣自由變量就會失效。而可變類型則不需要。比如，我們來更改一下上面的代碼：

# 改一下求平均值的函數
# 用另一種方法
def make_averager():
   count = 0
   total = 0
   def averager(new_value):
      # count、total是不可變類型
      # 需要聲明為自由變量
     nonlocal count, total
     count += 1
     total += new_value
     return total / count
   return averager

除了上面說的裝飾器的用法之外，我們還可以為裝飾器添加參數，像app.route("/") 這樣，限于篇幅，下一篇文章再介紹。

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