Python装饰器讲座：让函数功能更强大

欢迎来到今天的Python装饰器讲座！今天我们将一起探讨如何通过装饰器增强函数的功能，让代码更加优雅、高效和易读。装饰器是Python中一个非常强大的工具，虽然它看起来有点复杂，但只要我们掌握了一些关键点，就会发现它其实非常有趣！

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第一课：什么是装饰器？

在正式开始之前，让我们先来了解一下装饰器的本质。

装饰器是一个函数，用来修改或增强其他函数的功能，而不需要改变原始函数的代码。

听起来是不是有点像“魔法”？其实不是魔法，而是Python的一种语法糖。装饰器的核心思想就是“函数是一等公民”，也就是说，函数可以作为参数传递给另一个函数，也可以从函数中返回。

举个简单的例子：

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Before the function call")
        func()
        print("After the function call")
    return wrapper

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

say_hello()

运行结果：

Before the function call
Hello!
After the function call

在这个例子中，my_decorator 是一个装饰器，它接收 say_hello 函数，并返回一个新的函数 wrapper。当我们调用 say_hello() 时，实际上是调用了 wrapper()，从而实现了对 say_hello 的增强。

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第二课：为什么要用装饰器？

你可能会问，为什么我们需要装饰器呢？直接在函数内部添加逻辑不就好了吗？答案是：装饰器可以帮助我们实现代码的分离关注点（Separation of Concerns）。

假设我们有多个函数需要记录日志、计算执行时间、验证权限等功能。如果我们把这些功能直接写进每个函数里，会导致代码重复且难以维护。而使用装饰器，我们可以将这些通用功能提取出来，集中管理。

1. 日志记录

import logging

def log_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logging.basicConfig(level=logging.INFO)
        logging.info(f"Calling function {func.__name__} with args: {args}, kwargs: {kwargs}")
        result = func(*args, **kwargs)
        logging.info(f"Function {func.__name__} returned {result}")
        return result
    return wrapper

@log_decorator
def add(a, b):
    return a + b

print(add(3, 5))

运行结果：

INFO:root:Calling function add with args: (3, 5), kwargs: {}
INFO:root:Function add returned 8
8

2. 计算执行时间

import time

def timing_decorator(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

@timing_decorator
def slow_function():
    time.sleep(2)

slow_function()

运行结果：

slow_function took 2.0012 seconds to execute.

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第三课：装饰器的高级用法

1. 带参数的装饰器

有时候，我们希望装饰器本身也能接受参数。这可以通过再加一层函数包装来实现。

def repeat(num_times):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for _ in range(num_times):
                result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper
    return decorator

@repeat(num_times=3)
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")

运行结果：

Hello, Alice!
Hello, Alice!
Hello, Alice!

2. 类装饰器

除了函数装饰器，Python还支持类装饰器。类装饰器通常用于修改类的行为。

class CountCalls:
    def __init__(self, func):
        self.func = func
        self.num_calls = 0

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        self.num_calls += 1
        print(f"Function {self.func.__name__} has been called {self.num_calls} times.")
        return self.func(*args, **kwargs)

@CountCalls
def say_goodbye():
    print("Goodbye!")

say_goodbye()
say_goodbye()

运行结果：

Function say_goodbye has been called 1 times.
Goodbye!
Function say_goodbye has been called 2 times.
Goodbye!

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第四课：装饰器的最佳实践

1. 保持装饰器单一职责
   每个装饰器应该只负责一件事情，比如日志记录、性能监控等。这样可以提高代码的可读性和可维护性。

2. 使用 functools.wraps
   装饰器会改变原始函数的元信息（如名称、文档字符串等）。为了保留这些信息，可以使用 functools.wraps。

   from functools import wraps
   
   def my_decorator(func):
      @wraps(func)
      def wrapper(*args, **kwargs):
          print("Decorator logic here")
          return func(*args, **kwargs)
      return wrapper
   
   @my_decorator
   def example():
      """This is an example function."""
      pass
   
   print(example.__name__)  # 输出: example
   print(example.__doc__)   # 输出: This is an example function.

3. 避免过度使用装饰器
   虽然装饰器很强大，但并不是所有场景都适合使用它。如果逻辑过于复杂，可能会影响代码的可读性。

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总结

装饰器是Python中的一个重要特性，能够帮助我们编写更简洁、更模块化的代码。通过今天的讲座，我们学习了装饰器的基本概念、常见用法以及一些高级技巧。希望你能将这些知识应用到实际项目中，让你的代码变得更加优雅和高效！

如果你还有任何疑问，欢迎随时提问！下次见啦~