Python（三）对装饰器的理解

• 装饰器是 Python 的一个重要部分，也是比较难理解和使用好的部分。下面对装饰器做一下简单整理

1. 前言

• 装饰器实际上是应用了设计模式里，装饰器模式的思想：
  • 在不概念原有结构的情况下，添加新的功能
  • 类似于我们穿不同的衣服，可以先穿一件衬衫，再穿一件毛衣，再穿一件羽绒服
  • 但是毛衣不会影响羽绒服，羽绒服也不会影响衬衫
  • 随时更换，同一个人可以有不同的穿衣打扮
• 对比之下，每一个装饰器就代表上述的一件衣服，我们可以根据功能需求，给一个函数本身加上不同的外套，也可以调整外套之间的顺序
• 装饰器本质上就是一个个的 Python 函数对象，不改动代码的前提下增加功能，返回值也为是一个函数对象
• 主要用于有切面需求的场景：记录日志、打点监控、权限校验、事务处理等场景

2. 函数

• 理解装饰器首先要理解 Python 的函数

2.1 函数对象

• Python 认为一切皆为对象：

def hi(name="yasoob"):
    return "hi " + name
 
print(hi())
# output: 'hi yasoob'

• 可以将一个函数赋值给一个变量：

greet = hi
# 我们这里没有在使用小括号，因为我们并不是在调用hi函数
# 而是在将它放在greet变量里头。我们尝试运行下这个
 
print(greet())
# output: 'hi yasoob'

• 可以删除一个函数：

del hi
print(hi())
#outputs: NameError
 
print(greet())
#outputs: 'hi yasoob'

2.2 返回值类型为函数

• 函数的返回值可以为函数对象：

def hi(name="yasoob"):
    def greet():
        return "now you are in the greet() function"
 
    def welcome():
        return "now you are in the welcome() function"
 
    if name == "yasoob":
        return greet
    else:
        return welcome
 
a = hi()
print(a)
#outputs: <function greet at 0x7f2143c01500>
 
print(a())
#outputs: now you are in the greet() function

• a 为 hi 函数执行的返回值，此时 a 为一个函数对象，执行 a 得到返回值执行的结果

2.3 参数类型为函数

• 既然函数对象可以作为返回值，那么不难理解也可以作为参数：

def hi():
    return "hi yasoob!"
 
def doSomethingBeforeHi(func):
    print("I am doing some boring work before executing hi()")
    print(func())
 
doSomethingBeforeHi(hi)
#outputs:I am doing some boring work before executing hi()
#        hi yasoob!

3. 装饰器

• 上文提到，装饰器本质也是一个返回值为函数类型的函数对象。通过装饰器可以抽离大量与函数本身无关的雷同代码进行复用
• 一个简单例子，需要在代码中添加日志代码：

def foo1():
    print('I am foo1')
    logging.info('[foo1] Running')

• 如果其他函数同样需要执行代码，为避免大量雷同代码，需要重新定义一个函数专门处理日志 ，日志处理完之后再执行真正的业务代码：

def use_loggine(func)
    logging.info('[%s] Running' % func.__name__)
    func()

def foo2():
    print('I am foo2')

use_logging(foo2)

• 使用上述方法实现了复用，但是也破坏了带结构，每次直接调用相应函数可以实现的功能，现在需要调用 use_logging 并传入相应函数做为参数，可读性也比较差。因此需要引入装饰器

3.1 简单装饰器

def use_logging(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logging.warn('[%s] Running' % func.__name__)
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

def foo3():
    print('I am foo3')

foo3 = use_logging(foo3)
foo3()

• 函数 use_logging 就是装饰器，执行真正业务的方法 func 包裹在返回函数里，并重新对参数 foo3 赋值。相当于丰富了 foo3 的功能
• 在这个例子中，函数进入和退出时 ，被称为一个横切面（Aspect），这种编程方式被称为面向切面的编程（Aspect-Oriented Programming）
• @ 符号是装饰器的语法糖，在定义函数的时候使用，避免再一次赋值操作。其他函数也可以使用此装饰器包装，增加了代码可读性：

def use_logging(func):
    
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logging.warn('[%s] Running' % func.__name__)
        return func(*args, **kwargs)
    
    return wrapper

@use_logging
def foo4():
    print('I am foo4')

foo4()

3.2 带参数的装饰器

• 还可以使用带参数的装饰器
• 在上面的装饰器调用中，比如 @use_logging，该装饰器唯一的参数就是执行业务的函数
• 装饰器的语法允许我们在调用时，提供其它参数，比如 @decorator(a)：

def use_logging(level):

    def decorator(func):

        def wrapper(*args,**kwargs):
            if level == "warn"
                logging.warn("%s is running"% func.__name__)
            return func(*args)
        return wrapper

    return decorator

@use_logging(level="warn")
def foo5(name='foo'):
    print('I am foo5')

foo5()

• 上述的 use_logging 是允许带参数的装饰器。它实际上是对原有装饰器的封装，并返回一个装饰器
• 我们可以将它理解为一个含有参数的闭包。当我们调用 @use_logging(level=“warn”) 的时候，Python 能够发现这一层的封装，并把参数传递到装饰器的环境中

3.3 类装饰器

• 相比函数装饰器，类装饰器具有灵活度大、高内聚和封装性等优点
• 使用类装饰器还可以依靠类内部的__call__方法，当使用 @ 形式将装饰器附加到函数上时，就会调用此方法：

class FooClass(object):
    def __init__(self, func):
        self._func = func

    def __call__(self):
        print ('class decorator runing')
        self._func()
        print ('class decorator ending')

@FooClass
def foo6():
    print ('I am foo6')

foo6()

3.4 带 functools.wraps 的装饰器

• 使用装饰器复用了代码，但是有一个缺点就是原函数元信息不见了，如 docstring、__name、参数列表：

def logged(func):
    
    def with_logging(*args, **kwargs):
        print(func.__name__ + " was called")
        return func(*args, **kwargs)
    
    return with_logging

@logged
def foo7(x):
    """do some math"""
    return x + x * x

foo7(8)
# prints 'foo7 was called
72'

• 上述代码等价于如下：

foo7 = logged(foo7)

print foo7.__name__        # prints 'with_logging'
print foo7.__doc__        # prints None

• 可以看出，foo7 的信息会被 with_logging 替代，元信息会被 logged 的元信息替代
• 使用 functools.wraps 可以把原函数的元信息拷贝到装饰器函数中，这使得装饰器函数元信息与原函数一致：

from functools import wraps
def logged(func):
    
    @wraps(func)
    def with_logging(*args, **kargs):
        print(func.__name__ + " was called")
        return func(*args, **kargs)
    return with_logging

@logged
def foo8(x):
    """do some math"""
    return x + x * x

print foo8.__name__        # prints 'f'
print foo8.__doc__        # prints 'do some math'

3.5 内置装饰器

• 主要包括：@property、@staticmathod、@classmethod

3.5.1 @property

• 对于 Class 的某个方法，可以通过 @property 装饰器将其伪装成一个属性，以 实例.方法 方式调用：

from math import pi
class Circle:
    def __init__(self,r):
        self.r = r
    @property
    def perimeter(self):
        return 2*pi*self.r
    @property
    def area(self):
        return self.r**2*pi

c1 = Circle(5)
print(c1.area)     
# prints '78.5398163397'
print(c1.perimeter)
# prints '31.4159265359'

• 类中的方法名本来是不能用相同名字的，但只要使用 @property 加在 相应方法之前，并且在再次定义同名方法此前加上 @someone.setter、@someone.deleter：
  • 这样在类实例化化后，调用 实例.方法 就相当于调用 @property 包装的方法
  • 调用 实例.方法=val 就相当于调用 @someone.setter 下的方法，并且传进去一个参数 val
  • 调用 del 实例.方法 相当于调用 @someone.deleter 下的方法

class Person:
     def __init__(self,name):
         self.__name = name

     @property
     def name(self):
         return self.__name

     @name.deleter
     def name(self):
         del self.__name

     @name.setter
     def name(self,new_name):
         self.__name = new_name

• property 函数可以起到和 @propery 装饰器相同的效果：

class C(object):
    def __init__(self):
        self._x = None
 
    def getx(self):
        return self._x
 
    def setx(self, value):
        self._x = value
 
    def delx(self):
        del self._x
 
    x = property(getx, setx, delx, "I'm the 'x' property.") # 分别表示获取、设置和删除属性的函数以及 doc 信息

c = C()
c.x = 1
print(c.x)
# prints '1'

3.5.2 @classmethd

• 把一个方法 变成一个类中的方法，这个方法就直接可以被类调用，不需要依托任何对象：

class Someone:
    @classmethod
    def set(cls, new_val):
        cls.__val = new_val
    @classmethod
        def get(cls):
        return cls.__val
    __val = "abc"

print(Someone.get())
# prints 'abc'
Someone.set('abcd')
print(Someone.get())
# prints 'abcd'
s1 = Someone()
s2 = Someone()
print(s1.get())
# prints 'abcd'
print(s2.get())
# prints 'abcd'

• 当这个方法的操作只涉及静态属性的时候就应该使用 @classmethod 来装饰这个方法
• 类似于实例方法要传个 self 代表实例对象，此类方法在传参时，要传一个形参代表当前类，默认 cls

3.5.3 @staticmethod

• 如果一个函数既和对象没有关系，也和类没有关系 那么就用 @staticmethod 将这个函数变成一个静态方法：

class Someone:
    @staticmethod
    def set(new_val):
        Someone.__val = new_val
    @classmethod
    def get(cls):
        print("global __val: %s" % Someone.__val)
        return cls.__val
    __val = "abc"

• 静态方法就是一个写在类里的普通函数
• 对象可以调用类方法和静态方法，一般情况下推荐用类名调用
• 类方法 有一个默认参数 cls 代表这个类 cls
• 静态方法没有默认的参数，就象函数一样
• 通过 类.静态方法 调用时不会实例化

3.5.4 @classmethod 和 @staticmethod 区别

• @staticmethod  不需要表示自身对象的 self 和自身类的 cls 参数，就和使用普通的函数一样
• @classmethod  不需要 self 参数，但是第一个参数需要表示自身类的 cls 参数
• 如果在 @staticmethod 中要调用到这个类的一些属性方法，只能 类名.属性名 或 类名.方法名
• 而 @classmethod 因为持有 cls 参数，可以来调用类的属性、类的方法、实例化对象等

3.6.装饰器执行顺序

@a
@b
@c
def foo9():
    pass

# 等效于

foo9 = a(b(c(foo9)))

4. 参考文献

• 如何理解Python装饰器？
• Python 函数装饰器
• 三个面向对象相关的装饰器@property@staticmathod@classmethod