python 装饰器

之前在http://python.jobbole.com/86068/，看到关于装饰器的一些知识。

1. 函数式装饰器：

　　Decorator是一个函数，它以一个函数对象A为参数，返回另一个函数对象B。对象B定义在Decorator体内，形成一个闭包。函数A和函数B接受的参数相同。每当程序调用函数A时，实际上会转换为对函数B的调用

def func_cache(func):
    cache = {}
    def inner_deco(*args):
        if args in cache:
            print('func {} is already cached with arguments {}'.format(
                func.__name__, args))
            return cache[args]
        else:
            print('func {} is not cached with arguments {}'.format(
                func.__name__, args)) 
            res = func(*args)
            cache[args] = res
            return res

    return inner_deco

@func_cache
def add_two_number(a, b):
    return a + b
 
if __name__ == "__main__":
    print('1. add_two_number(1, 2)')
    add_two_number(1, 2)
    print('2. add_two_number(2, 3)')
    add_two_number(2, 3)
    print('3. add_two_number(1, 2)')
    add_two_number(1, 2)

func_cache就是我们实现的Decorator，它以一个函数对象（func）作为参数，返回另一个函数对象（inner_deco)，因此，当我们每次调用被func_cache装饰过的函数（add_two_number）时，调用的其实是inner_deco，也即:

　　　　add_two_number(1, 2) --> inner_deco(1, 2)

而inner_deco，它内部实现的就是函数返回值缓存的逻辑，并打印了一些调试信息

但是这里有一个明显的问题：inner_deco只能接受*arg，也就是列表参数，这就限制了这个Decorator的使用范围。下面这个版本就添加了**kwargs的支持。需要注意的是，kwargs不能进行hash，也就不能直接作为python中字典的key值，因此这里现将其转成一个frozenset（frozenset是冻结的集合，它是不可变的，存在哈希值，好处是它可以作为字典的key，也可以作为其它集合的元素。缺点是一旦创建便不能更改，没有add，remove方法）

# -*- coding: utf-8 -*-
def func_cache(func):
    cache = {}
    def inner_deco(*args, **kwargs):
        key = (args, frozenset(kwargs.items()))
        print key
        if key not in cache:
            print "func {0} is not cached with arguments {1}, {2}".format(func.__name__, args, kwargs)
            res = func(*args, **kwargs)
            cache[key] = res
            return cache[key]
        else:
            print "func {0} is alread cached with arguments {1}, {2}".format(func.__name__, args, kwargs)
            return cache[key]
    return inner_deco

@func_cache
def add_two_number(a, b):
    return a + b

@func_cache
def product_two_number(a, b):
    return a * b

if __name__ == "__main__":
　　 print('add_two_number func name is {}'.format(add_two_number.__name__))
    add_two_number(1, 2)
    add_two_number(1, b=3)
    add_two_number(1, 2)
    product_two_number(2, 3)
    product_two_number(2, 3)

新增加了一个product_two_number函数，用于测试func_cache中的字典cache是否对于每个被装饰的函数都分配了一个，即不同函数调用是否都会调用func_cache(func)

这里的Decorator还有一个问题，它改变了被装饰函数add_two_number的签名，比如：

print('add_two_number func name is {}'.format(add_two_number.__name__))

# 输出 add_two_number func name is inner_deco

这不是我们想要的，而且在复杂项目中，对于Bug的追踪也将是灾难性的。

好在Python为我们提供了functools模块，其中的wraps装饰器可以帮助我们解决这个问题。

# -*- coding: utf-8 -*-
from functools import wraps
 
def func_cache(func):
    cache = {}
    @wraps(func)
    def inner_deco(*args, **kwargs):
        key = (args, frozenset(kwargs.items()))
        if key not in cache:
            print('func {} is not cached with arguments {} {}'.format(
                func.__name__, args, kwargs)) 
            res = func(*args, **kwargs)
            cache[key] = res
        return cache[key]
    return inner_deco

带参数Decorator

目前我们实现的函数缓存装饰器，会缓存所有遇到的函数返回值。我们希望能够对缓存数量上限做一个限制，从而在内存消耗和运行效率上取得折中。但是同时，对于不同的函数，我们希望做到缓存上限不同，例如对于运行一次比较耗时的函数，我们希望缓存上限大一些；反之，则小一些。这时，需要用到带参数的Decorator。

# -*- coding: utf-8 -*-
from functools import wraps
import random

def outer_deso(size=10):
    def func_cache(func):
        cache = {}
        @wraps(func)
        def inner_deco(*args, **kwargs):
            key = (args, frozenset(kwargs.items()))
            print key
            if key not in cache:
                print('func {} is not cached with arguments {} {}'.format(func.__name__, args, kwargs))
                res = func(*args, **kwargs)
                if len(cache) >= size:
                    luck_key = random.choice(list(cache.keys()))
                    print('func {} cache pop {}'.format(func.__name__, luck_key))
                    cache.pop(luck_key, None)
                cache[key] = res
                return cache[key]
            else:
                print "func {0} is alread cached with arguments {1}, {2}".format(func.__name__, args, kwargs)
                return cache[key]
        return inner_deco
    return func_cache



@outer_deso(size=10)
def add_two_number(a, b):
    return a + b


@outer_deso(size=10)
def product_two_number(a, b):
    return a * b


if __name__ == "__main__":
    print('add_two_number func name is {}'.format(add_two_number.__name__))
    add_two_number(1, 2)
    add_two_number(1, b=3)
    add_two_number(1, 2)
    product_two_number(2, 3)
    product_two_number(2, 3)

无参数的装饰器，@符号后面接的是一个可做Decorator的函数对象；而有参数的装饰器，@符号后面接的是一个函数调用，此函数调用返回的是一个可做Decorator的函数对象

但是，从上面的代码中也可以看出，到了带参数的Decorator这一步，Decorator的实现已经有了两层的函数嵌套，难于理解且不够优雅。这就需要引用decorator模块。这个模块可以不仅可以减少实现Decorator过程中的函数嵌套，还可以完美的保持函数签名不被更改。

首先实现最简单的无参数Decorator：　　

def func_cache(func):
    func._cache = {}
    func._cache_size = 3
    return decorate(func, _cache)

def _cache(func, *args, **kwargs):
    key = (args, frozenset(func.__name__))
    if key not in func._cache:
        print "func {} not in cache".format(func.__name__)
        res = func(*args, **kwargs)
        if len(func._cache)>=func._cache_size:
            lucky_key = random.choice(list(func._cache.keys()))
            func._cache.pop(lucky_key, None)
            print "func {} pop cache key {}".format(func.__name__, lucky_key)
        func._cache[key] = res

    return func._cache[key]

@func_cache
def add_two_number(a, b):
    return a + b

decorator模块实现有参装饰器:

import random
from decorator import decorate
 
def func_cache(size=10):
    def wrapped_cache(func):
        func._cache = {}
        func._cache_size = size
        return decorate(func, _cache)
    return wrapped_cache
 
def _cache(func, *args, **kwargs):
    key = (args, frozenset(kwargs.items()))
    if key not in func._cache:
        print('func {} not hit cache'.format(func.__name__))
        res = func(*args, **kwargs)
        if len(func._cache) >= func._cache_size:
            lucky_key = random.choice(list(func._cache.keys()))
            func._cache.pop(lucky_key, None)
            print('func {} pop cache key {}'.format(func.__name__, lucky_key))
        func._cache[key] = res
    return func._cache[key]
 
@func_cache(size=3)
def add_two_number(a, b):
    return a + b

实现带参数的装饰器的方式是相同的：在之前不带参数的装饰器外面再包一层函数，通过闭包将参数绑定到装饰器上，并将装饰器返回。