Python装饰器底层原理

什么是装饰器

装饰器是Python中的一种特殊函数，主要用于修改或扩展其他函数或方法的功能，而无需修改函数本身的代码。它们通常通过在函数定义前加上@装饰器名称来使用。

@decorator_function
def my_function():pass

装饰器的基本结构

一个基本的装饰器包含一个函数，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调用时执行一些附加操作，然后调用原始函数。

def simple_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

使用该装饰器：

@simple_decorator
def say_hello():print("Hello!")say_hello()

输出：

Something is happening before the function is called.
Hello!
Something is happening after the function is called.

装饰器的底层原理

为了理解装饰器的底层原理，我们需要了解以下几个方面：

1. 函数是对象

在Python中，函数是第一类对象。这意味着函数可以作为参数传递给另一个函数，可以作为另一个函数的返回值，也可以赋值给变量。

def foo():print("Hello from foo")bar = foo
bar()

输出：

Hello from foo

2. 闭包

闭包是一种函数，它保留了定义它的环境中的变量。装饰器利用了闭包来包装函数并添加额外的功能。

def outer_func(msg):def inner_func():print(msg)return inner_funchi_func = outer_func("Hi")
hi_func()

输出：

Hi

 

3. 高阶函数

装饰器本质上是高阶函数，它们接受函数作为参数，并返回一个新函数。

def decorator_function(original_function):def wrapper_function():print("Wrapper executed this before {}".format(original_function.__name__))return original_function()return wrapper_function@decorator_function
def display():print("display function ran")display()

输出：

Wrapper executed this before display
display function ran

常见装饰器模式

无参数装饰器

这是最基本的装饰器模式。它不接受任何参数，只接受一个函数作为参数。

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

 

带参数的装饰器

带参数的装饰器可以接受额外的参数。实现这种装饰器时，需要再嵌套一层函数。

def decorator_with_args(arg1, arg2):def decorator(func):def wrapper(*args, **kwargs):print(f"Arguments passed to decorator: {arg1}, {arg2}")return func(*args, **kwargs)return wrapperreturn decorator@decorator_with_args("Hello", "World")
def say_hello():print("Hello!")say_hello()

输出：

Arguments passed to decorator: Hello, World
Hello!

 

类装饰器

类装饰器通过实现 __call__方法，可以像函数装饰器一样工作。

class ClassDecorator:def __init__(self, func):self.func = funcdef __call__(self, *args, **kwargs):print("ClassDecorator: Before the function call.")result = self.func(*args, **kwargs)print("ClassDecorator: After the function call.")return result@ClassDecorator
def say_hello(name):print(f"Hello, {name}!")say_hello("Alice")

输出：

ClassDecorator: Before the function call.
Hello, Alice!
ClassDecorator: After the function call.

 

 

装饰器的实际应用

日志记录

装饰器可以用于记录函数调用的日志。

def log_decorator(func):def wrapper(*args, **kwargs):print(f"Function {func.__name__} called with arguments {args} and keyword arguments {kwargs}")return func(*args, **kwargs)return wrapper@log_decorator
def add(x, y):return x + yresult = add(5, 3)

输出：

Function add called with arguments (5, 3) and keyword arguments {}

 

访问控制与权限验证

装饰器可以用于检查用户是否具有执行某些操作的权限。

def require_authentication(func):def wrapper(user, *args, **kwargs):if not user.is_authenticated:print("User is not authenticated.")returnreturn func(user, *args, **kwargs)return wrapper@require_authentication
def view_profile(user):print(f"Displaying profile for {user.name}")# 假设User类和user对象已经定义
view_profile(user)
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缓存

装饰器可以用于缓存函数的结果，提高性能。

def cache(func):cached_results = {}def wrapper(*args):if args in cached_results:return cached_results[args]result = func(*args)cached_results[args] = resultreturn resultreturn wrapper@cache
def compute_square(n):return n * nprint(compute_square(4))
print(compute_square(4))  # 这次将使用缓存结果
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