怎么理解Python裝飾器

這篇文章主要介紹“怎么理解Python裝飾器”，在日常操作中，相信很多人在怎么理解Python裝飾器問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”怎么理解Python裝飾器”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學習吧！

前言

或許你已經用過裝飾器，它的使用方式非常簡單但理解起來困難（其實真正理解的也很簡單），想要理解裝飾器，你需要懂點函數(shù)式編程的概念，python函數(shù)的定義以及函數(shù)調用的語法規(guī)則等，雖然我沒法把裝飾器變得簡單，但是我希望可以通過下面的步驟讓你由淺入深明白裝飾器是什么。假定你擁有最基本的Python知識，本文闡述的東西可能對那些在工作中經常接觸Python的人有很大的幫助。

1、函數(shù)（Functions）

在Python里，函數(shù)是用def關鍵字后跟一個函數(shù)名稱和一個可選的參數(shù)表列來創(chuàng)建的，可以用關鍵字return指定返回值。下面讓我們創(chuàng)建和調用一個最簡單的函數(shù)：

>>> def foo():
... return 1
>>> foo()
1

該函數(shù)的函數(shù)體（在Python里將就是多行語句）是強制性的并且通過縮進來表明。我們可以通過在函數(shù)名后面添加雙括號來調用函數(shù)。

2、作用域（Scope）

在Python中，每個函數(shù)都會創(chuàng)建一個作用域。Pythonistas也可能稱函數(shù)擁有它們自己的命名空間（namespace）。這意味著當在函數(shù)體里遇到變量名時，Python首先在該函數(shù)的命名空間中查找，Python包含了一些讓我們查看命名空間的函數(shù)。讓我們寫一個簡單的函數(shù)來探查一下local和global作用域的區(qū)別。

>>> a_string = "This is a global variable"
>>> def foo():
... print locals()
>>> print globals() # doctest: +ELLIPSIS
{..., 'a_strin': 'This ia a global variable'}
>>> foo() # 2
{}

內建的globals函數(shù)返回一個字典對象，它包含所有Python知道的變量名(為了清楚明了起見，我已經忽略了一些Python自動創(chuàng)建的變量)。在#2處我調用了函數(shù)foo，它將函數(shù)內部的local namespace里的內容打印了出來。正如我們看到的foo函數(shù)擁有自己的獨立namespace，現(xiàn)在它還是空的。

3、變量解析規(guī)則（variable resolution rules）

當然，這并不意味著在函數(shù)內部我們不能訪問全局變量。Python的作用域規(guī)則是，變量的創(chuàng)建總會創(chuàng)建一個新的local變量，但是變量的訪問（包括修改）會先查找local作用域然后順著最鄰近的作用域去尋找匹配。因此，如果我們修改foo函數(shù)來讓它打印global變量，結果就會像我們希望的那樣：

>>> a_string = "This is global variable"
>>> def foo():
... print a_string # 1
>>> foo()
This is a global variable

在#1處，Python在函數(shù)中尋找一個local變量，但是沒有找到，然后在global變量中找到了一個同名的變量。

另一方面，如果我們嘗試在函數(shù)里給global變量賦值，結果將不如我們所愿：

>>> a_string = 'This is a global variable"
>>> def foo():
... a_string = "test" # 1
... print locals()
>>> foo()
{'a_string': 'test'}
>>> a_string # 2
'This is a global variable'

正如我們所見，全局變量可以被訪問到（如果是可變類型，其甚至可以被改變），但是（默認情況下）不能被賦值。在函數(shù)內部的#1處我們實際上創(chuàng)建了一個新的local變量，它和全局變量擁有相同的名字，它將全局變量給覆蓋了。我們可以通過在foo函數(shù)內部打印local namespace來發(fā)現(xiàn)到它已經有了一個條目，通過對函數(shù)外部的#2處的輸出結果我們可以看到，變量a_string的值根本就沒有被改變。

4、變量的生命周期（Variable lifetime）

也要注意到，變量不僅“生活在”一個命名空間里，它們還有生命周期?？紤]下面的代碼：

>>> def foo():
... x = 1
>>> foo()
>>> print x # 1
Traceback (most recent call last):
...
NameError: name 'x' is not defined

在#1處不僅因為作用域規(guī)則引發(fā)了問題（盡管這是出現(xiàn)了NameError的原因），而且也出于在Python和許多其它語言里的函數(shù)調用實現(xiàn)的原因。此處，我們沒有任何可用的語法來獲取變量x的值——字面上是不存在的。每次當調用foo函數(shù)時，它的namespace被重新構建，并且當函數(shù)結束時被銷毀。

5、函數(shù)的參數(shù)（Function parameters）

Python允許我們向函數(shù)傳遞參數(shù)。參數(shù)名成為了該函數(shù)的local變量。

>>> def foo(x):
... print locals()
>>> foo(1)
{'x': 1}

Python有許多不同的定義和傳遞函數(shù)參數(shù)的方法。要想更詳細深入地了解請參照the Python documentation on defining functions。這里我展示一個簡版：函數(shù)參數(shù)既可以是強制的位置參數(shù)(positional parameters)或者是命名參數(shù)，參數(shù)的默認值是可選的。

>>> def foo(x, y=0): # 1
... return x - y
>>> foo(3, 1) # 2
2
>>> foo(3) # 3
3
>>> foo() # 4
Traceback (most recent call last):
...
TypeError: foo() takes at least 1 argument (0 given)
>>> foo(y=1, x=3) # 5
2

在#1處我們定義了一個帶有一個位置參數(shù)x和一個命名參數(shù)y的函數(shù)。正如我們看到的，在#2處我們可以通過普通的值傳遞來調用函數(shù)，即使一個參數(shù)(譯者注：這里指參數(shù)y）在函數(shù)定義里被定義為一個命名參數(shù)。在#3處我們可以看到，我們甚至可以不為命名參數(shù)傳遞任何值就可以調用函數(shù)——如果foo函數(shù)沒有接收到傳給命名參數(shù)y的值，Python將會用我們聲明的默認值0來調用函數(shù)。當然，我們不能漏掉第一個（強制的，定好位置的）參數(shù)——#4以一個異常描述了這種錯誤。

都很清晰和直接，不是嗎？下面變得有點兒讓人疑惑——Python也支持函數(shù)調用時的命名參數(shù)而不只是在函數(shù)定義時。請看#5處，這里我們用兩個命名參數(shù)調用函數(shù)，盡管這個函數(shù)是以一個命名和一個位置參數(shù)來定義的。因為我們的參數(shù)有名字，所以我們傳遞的參數(shù)的位置不會產生任何影響。 相反的情形當然也是正確的。我們的函數(shù)的一個參數(shù)被定義為一個命名參數(shù)但是我們通過位置傳遞參數(shù)—— #4處的調用foo(3, 1)將一個3作為第一個參數(shù)傳遞給我們排好序的參數(shù)x并將第二個參數(shù)（整數(shù)1）傳遞給第二個參數(shù)，盡管它被定義為一個命名參數(shù)。

Whoo!這就像用很多話來描述一個非常簡單的概念：函數(shù)的參數(shù)可以有名稱或者位置。

6、內嵌函數(shù)（Nested functions）

Python允許創(chuàng)建嵌套函數(shù)，這意味著我們可以在函數(shù)內聲明函數(shù)并且所有的作用域和聲明周期規(guī)則也同樣適用。

>>> def outer():
... x = 1
... def inner():
... print x # 1
... inner() # 2
...
>>> outer()
1

這看起來稍顯復雜，但其行為仍相當直接，易于理解。考慮一下在#1處發(fā)生了什么——Python尋找一個名為x的local變量，失敗了，然后在最鄰近的外層作用域里搜尋，這個作用域是另一個函數(shù)！變量x是函數(shù)outer的local變量，但是和前文提到的一樣，inner函數(shù)擁有對外層作用域的訪問權限（最起碼有讀和修改的權限）。在#2處我們調用了inner函數(shù)。請記住inner也只是一個變量名，它也遵從Python的變量查找規(guī)則——Python首先在outer的作用域里查找之，找到了一個名為inner的local變量。

7、函數(shù)是一等公民（Functions are first class objects in Python）

在Python中，這是一個常識，函數(shù)是和其它任何東西一樣的對象。呃，函數(shù)包含變量，它不是那么的特殊！

>>> issubclass(int, object) # all objects in Python inherit from a common baseclass
True
>>> def foo():
... pass
>>> foo.__class__ # 1>>> issubclass(foo.__class__, object)
True

你也許從沒想到過函數(shù)也有屬性，但是在Python中，和其它任何東西一樣，函數(shù)是對象。（如果你發(fā)覺這令你感到困惑，請等一下，知道你了解到在Python中像其它任何東西一樣，class也是對象?。┮苍S正是因為這一點使Python多少有點“學術”的意味——在Python中像其它任何值一樣只是常規(guī)的值而已。這意味著你可以將函數(shù)作為參數(shù)傳遞給函數(shù)或者在函數(shù)中將函數(shù)作為返回值返回！如果你從未考慮過這種事情請考慮下如下的合法Python代碼：

>>> def add(x, y):
... return x + y
>>> def sub(x, y):
... return x - y
>>> def apply(func, x, y): # 1
... return func(x, y) # 2
>>> apply(add, 2, 1) # 3
3
>>> apply(sub, 2, 1)
1

這個例子對你來說可能也不是太奇怪——add和sub是標準的Python函數(shù)，它們都接受兩個值并返回一個計算了的結果。在#1處你可以看到變量接受一個函數(shù)就像其它任何普通的變量。在#2處我們調用傳入apply的函數(shù)——在Python里雙括號是調用操作符，并且調用變量名包含的值。在#3處你可以看出在Python中將函數(shù)當做值進行傳遞并沒有任何特殊語法——函數(shù)名就像任何其它變量一樣只是變量標簽。

你之前可能見過這種行為——Python將函數(shù)作為參數(shù)經常見于像通過為key參數(shù)提供一個函數(shù)來自定義sorted內建函數(shù)等操作中。但是，將函數(shù)作為返回值返回會怎樣呢？請考慮：

>>> def outer():
... def inner():
... print "Inside inner"
... return inner # 1
...
>>> foo = outer() #2
>>> foo # doctest:+ELLIPSIS
<function inner at 0x...>
>>> foo()
Inside inner

這乍看起來有點奇怪。在#1處我返回了變量inner，它碰巧是一個函數(shù)標簽。這里沒有特殊語法——我們的函數(shù)返回了inner函數(shù)（調用outer()函數(shù)并不產生可見的執(zhí)行）。還記得變量的生命周期嗎？每當outer函數(shù)被調用時inner函數(shù)就會重新被定義一次，但是如果inner函數(shù)不被(outer)返回那么當超出outer的作用域后，inner將不復存在了。

在#2處我們可以獲取到返回值，它是我們的inner函數(shù)，它被存儲于一個新的變量foo。我們可以看到，如果我們計算foo，它真的包含inner函數(shù)，我們可以通過使用調用運算符（雙括號，還記得嗎？）來調用它。這看起來可能有點怪異，但是到目前為止沒有什么難以理解，不是么？挺住，因為接下來的東西將會很怪異。

8、閉包（Closures）

讓我們不從定義而是從另一個代碼示例開始。如果我們將上一個例子稍加修改會怎樣呢？

>>> def outer():
... x = 1
... def inner():
... print x # 1
... return inner
>>> foo = outer()
>>> foo.func_closure # doctest: +ELLIPSIS
(<cell at 0x...: int object at 0x...>,)

從上一個例子中我們看到inner是一個由outer返回的函數(shù)，存儲于一個名為foo的變量，我們可以通過foo()調用它。但是它能運行嗎？讓我們先來考慮一下作用域規(guī)則。

一切都依照Python的作用域規(guī)則而運行——x是outer函數(shù)了一個local變量。當inner在#1處打印x時，Python在inner中尋找一個local變量，沒有找到；然后它在外層作用域即outer函數(shù)中尋找并找到了它。

但是自此處從變量生命周期的角度來看又會如何呢？變量x是函數(shù)outer的local變量，這意味著只有當outer函數(shù)運行時它才存在。只有當outer返回后我們才能調用inner，因此依照我們關于Python如何運作的模型來看，在我們調用inner的時候x已經不復存在了，那么某個運行時錯誤可能會出現(xiàn)。

事實與我們的預想并不一致，返回的inner函數(shù)的確正常運行。Python支持一種稱為閉包(function closures)的特性，這意味著定義于非全局作用域的inner函數(shù)在定義時記得它們的外層作用域長什么樣。這可以通過查看inner函數(shù)的func_closure屬性來查看，它包含了外層作用域里的變量。

請記住，每次當outer函數(shù)被調用時inner函數(shù)都被重新定義一次。目前x的值沒有改變，因此我們得到的每個inner函數(shù)和其它的inner函數(shù)擁有相同的行為，但是如果我們將它做出一點改變呢？

>>> def outer(x):
... def inner():
... print x # 1
... return inner
>>> print1 = outer(1)
>>> print2 = outer(2)
>>> print1()
1
>>> print2()
2

從這個例子中你可以看到closures——函數(shù)記住他們的外層作用域的事實——可以用來構建本質上有一個硬編碼參數(shù)的自定義函數(shù)。我們沒有將數(shù)字1或者2傳遞給我們的inner函數(shù)但是構建了能"記住"其應該打印數(shù)字的自定義版本。

closures就是一個強有力的技術——你甚至想到在某些方面它有點類似于面向對象技術：outer是inner的構造函數(shù)，x扮演著一個類似私有成員變量的角色。它的作用有很多，如果你熟悉Python的sorted函數(shù)的key參數(shù)，你可能已經寫過一個lambda函數(shù)通過第二項而不是第一項來排序一些列l(wèi)ist。也許你現(xiàn)在可以寫一個itemgetter函數(shù)，它接收一個用于檢索的索引并返回一個函數(shù)，這個函數(shù)適合傳遞給key參數(shù)。

但是讓我們不要用閉包做任何噩夢般的事情！相反，讓我們重新從頭開始來寫一個decorator!

9、裝飾器（Decorators）

一個decorator只是一個帶有一個函數(shù)作為參數(shù)并返回一個替換函數(shù)的閉包。我們將從簡單的開始一直到寫出有用的decorators。

>>> def outer(some_func):
... def inner():
... print "before some_func"
... ret = some_func() # 1
... return ret + 1
... return inner
>>> def foo():
... return 1
>>> decorated = outer(foo) # 2
>>> decorated()
before some_func
2

請仔細看我們的decorator實例。我們定義了一個接受單個參數(shù)some_func的名為outer的函數(shù)。在outer內部我們定義了一個名為inner的嵌套函數(shù)。inner函數(shù)打印一個字符串然后調用some_func，在#1處緩存它的返回值。some_func的值可能在每次outer被調用時不同，但是無論它是什么我們都將調用它。最終，inner返回some_func的返回值加1，并且我們可以看到，當我們調用存儲于#2處decorated里的返回函數(shù)時我們得到了輸出的文本和一個返回值2而不是我們期望的調用foo產生的原始值1.

我們可以說decorated變量是foo的一個“裝飾”版本——由foo加上一些東西構成。實際上，如果我們寫了一個有用的decorator，我們可能想用裝飾后的版本來替換foo，從而可以得到foo的“增添某些東西”的版本。我們可以不用學習任何新語法而做到這一點——重新將包含我們函數(shù)的變量進行賦值：

>>> foo = outer(foo)
>>> foo # doctest: +ELLIPSIS
<function inner at 0x...>

現(xiàn)在任何對foo()的調用都不會得到原始的foo，而是會得到我們經過裝飾的版本！領悟到了一些decorator的思想嗎？

10、裝飾器的語法糖--@符號（The @ symbol applies a decorator to a function）

Python 2.4通過在函數(shù)定義前添加一個@符號實現(xiàn)對函數(shù)的包裝。在上面的代碼示例中，我們用一個包裝了的函數(shù)來替換包含函數(shù)的變量來實現(xiàn)了包裝。

>>> add = wrapper(add)

這一模式任何時候都可以用來包裝任何函數(shù)，但是如果們定義了一個函數(shù)，我們可以用@符號像下面示例那樣包裝它：

>>> @wrapper
... def add(a, b):
... return Coordinate(a.x + b.x, a.y + b.y)

請注意，這種方式和用wrapper函數(shù)的返回值來替換原始變量并沒有任何不同，Python只是增添了一些語法糖(syntactic sugar)讓它看起來更明顯一點。

11、*args and **kwargs

我們已經寫了一個有用的decorator，但是它是硬編碼的，它只適用于特定種類的函數(shù)——帶有兩個參數(shù)的函數(shù)。我們函數(shù)內部的checker函數(shù)接受了兩個參數(shù)，然后繼續(xù)將參數(shù)閉包里的函數(shù)。如果我們想要一個能包裝任何類型函數(shù)的decorator呢？讓我們實現(xiàn)一個在不改變被包裝函數(shù)的前提下對每一次被包裝函數(shù)的調用增添一次計數(shù)的包裝器。這意味著這個decorator需要接受所有待包裝的任何函數(shù)并將傳遞給它的任何參數(shù)傳遞給被包裝的函數(shù)來調用它（被包裝的函數(shù)）。

這種情況很常見，所以Python為這一特性提供了語法支持。請確保閱讀Python Tutorial以了解更多，但是在函數(shù)定義時使用*運算符意味著任何傳遞給函數(shù)的額外位置參數(shù)最終以一個*作為前導。因此：

>>> def one(*args):
... print args # 1
>>> one()
()
>>> one(1, 2, 3)
(1, 2, 3)
>>> def two(x, y, *args): # 2
... print x, y, args
>>> two('a', 'b', 'c')
a b ('c')

第一個函數(shù)one只是簡單的將任何（如果有）傳遞給它的位置參數(shù)打印出來。正如你在#1處見到的，在函數(shù)內部我們只是引用了args變量——*args只是表明在函數(shù)定義中位置參數(shù)應該保存在變量args中。Python也允許我們指定一些變量并捕獲到任何在args變量里的其它參數(shù)，正如#2處所示。

*運算符也可以用于函數(shù)調用中，這時它也有著類似的意義。在調用一個函數(shù)時帶有一個以*為前導的變量作為參數(shù)表示這個變量內容需要被解析然后用作位置參數(shù)。再一次以實例來說明：

>>> def add(x, y):
... return x + y
>>> lst = [1, 2]
>>> add(lst[0], lst[1]) # 1
3
>>> add(*lst) # 2
3

#1處的代碼抽取出了和#2處相同的參數(shù)——在#2處Python為我們自動解析了參數(shù)，我們也可以像在#1處一樣自己解析出來。這看起來不錯，*args既表示當調用函數(shù)是從一個iterable抽取位置參數(shù)，也表示當定義一個函數(shù)是接受任何額外的位置變量。

當我們引入**時，事情變得更加復雜點，與*表示iterables和位置參數(shù)一樣，**表示dictionaries & key/value對。很簡單，不是么？

>>> def foo(**kwargs):
... print kwargs
>>> foo()
{}
>>> foo(x=1, y=2)
{'y': 2, 'x': 1}

當我們定義一個函數(shù)時我們可以用**kwargs表明所有未捕獲的keyword變量應該被存儲在一個名為kwargs的字典中。前面的例子中的args和本例中的kwargs都不是Python語法的一部分，但是在函數(shù)定義時使用這兩個作為變量名時一種慣例。就像*一樣，我們可以在函數(shù)調用時使用**。

>>> dct = {'x': 1, 'y': 2}
>>> def bar(x, y):
... rturn x + y
>>> bar(**dct)
3

12、更通用的裝飾器（More generic decorators）

用我們掌握的新“武器”我們可以寫一個decorator用來“記錄”函數(shù)的參數(shù)。為了簡單起見，我們將其打印在stdout上：

>>> def logger(func):
... def inner(*args, **kwargs): # 1
... print "Arguments were: %s, %s" % (args, kwargs)
... return func(*args, **kwargs) # 2
... return inner

注意到在#1處inner函數(shù)帶有任意數(shù)量的任何類型的參數(shù)，然后在#2處將它們傳遞到被包裝的函數(shù)中。這允許我們包裝或者裝飾任何函數(shù)。

>>> @logger
... def foo1(x, y=1):
... return x * y
>>> @logger
... def foo2():
... return 2
>>> foo1(5, 4)
Arguments were: (5, 4), {}
20
>>> foo1(1)
Arguments were: (1,), {}
1
>>> foo2()
Arguments were: (),{}
2

對函數(shù)的調用會產生一個"logging"輸出行，也會輸出一個如我們期望的函數(shù)返回值。

到此，關于“怎么理解Python裝飾器”的學習就結束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學習，快去試試吧！若想繼續(xù)學習更多相關知識，請繼續(xù)關注億速云網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>