裝飾器（Decorator）是 Python 中一種高級(jí)特性，它允許程序員修改或增強(qiáng)函數(shù)和方法的行為，而無(wú)需直接更改其源代碼。裝飾器本質(zhì)上是一個(gè)返回函數(shù)的高階函數(shù)，它可以接收一個(gè)函數(shù)作為參數(shù)，并返回一個(gè)新的或修改后的函數(shù)。通過(guò)使用裝飾器，您可以實(shí)現(xiàn)諸如日志記錄、訪問(wèn)控制、性能測(cè)量等功能，同時(shí)保持代碼的清晰和模塊化。

裝飾器的工作原理

裝飾器定義：首先，您需要定義一個(gè)裝飾器函數(shù)。這個(gè)函數(shù)接受一個(gè)被裝飾的函數(shù)作為參數(shù)，并返回一個(gè)新的函數(shù)（通常是內(nèi)部定義的一個(gè)閉包），該新函數(shù)可以在執(zhí)行原始函數(shù)之前或之后添加額外邏輯。

應(yīng)用裝飾器：要將裝飾器應(yīng)用于某個(gè)函數(shù)，可以使用 @decorator_name 語(yǔ)法糖，放在函數(shù)定義之前。這相當(dāng)于在函數(shù)定義后立即調(diào)用裝飾器并將函數(shù)作為參數(shù)傳遞給它。

執(zhí)行流程：當(dāng)調(diào)用被裝飾的函數(shù)時(shí)，實(shí)際上是在調(diào)用裝飾器返回的新函數(shù)。這意味著您可以在實(shí)際執(zhí)行目標(biāo)函數(shù)之前或之后插入自定義行為。

示例：基本裝飾器

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
@my_decorator
def say_hello():
    print("Hello!")
say_hello()
# 輸出:
# Something is happening before the function is called.
# Hello!
# Something is happening after the function is called.

在這個(gè)例子中，my_decorator 是一個(gè)簡(jiǎn)單的裝飾器，它包裝了 say_hello 函數(shù)，在調(diào)用前后打印消息。

帶參數(shù)的裝飾器

有時(shí)，您可能希望裝飾器本身也能接受參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，可以創(chuàng)建一個(gè)“裝飾器工廠”——即一個(gè)返回裝飾器的函數(shù)。

示例：帶參數(shù)的裝飾器

def repeat(num_times):
    def decorator_repeat(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for _ in range(num_times):
                result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper
    return decorator_repeat
@repeat(num_times=3)
def greet(name):
    print(f"Hello {name}")
greet("Alice")
# 輸出:
# Hello Alice
# Hello Alice
# Hello Alice

這里，repeat 是一個(gè)裝飾器工廠，它根據(jù)提供的 num_times 參數(shù)生成一個(gè)具體的裝飾器。

類(lèi)裝飾器

除了函數(shù)，Python 還支持類(lèi)裝飾器。類(lèi)裝飾器通常用于修改類(lèi)的行為或?qū)傩?。它們接收?lèi)作為參數(shù)，并返回一個(gè)新的類(lèi)或修改后的類(lèi)。

示例：類(lèi)裝飾器

def add_method(cls):
    def decorator(func):
        setattr(cls, func.__name__, func)
        return cls
    return decorator
@add_method
class MyClass:
    pass
@add_method(MyClass)
def new_method(self):
    print("This is a dynamically added method.")
obj = MyClass()
obj.new_method()  # 輸出: This is a dynamically added method.

在這個(gè)例子中，add_method 是一個(gè)類(lèi)裝飾器，它向 MyClass 動(dòng)態(tài)添加了一個(gè)新的方法。

內(nèi)置裝飾器

Python 提供了一些內(nèi)置的裝飾器來(lái)簡(jiǎn)化常見(jiàn)的編程任務(wù)：

@classmethod 和 @staticmethod：用于定義類(lèi)方法和靜態(tài)方法。

@property：用于將類(lèi)的方法轉(zhuǎn)換為只讀屬性。

@functools.lru_cache：用于緩存函數(shù)的結(jié)果以提高性能。

@dataclasses.dataclass：用于自動(dòng)為類(lèi)生成特殊方法（如 __init__() 和 __repr__()）。

示例：使用 @property

class Circle:
    def __init__(self, radius):
        self._radius = radius
    @property
    def radius(self):
        """The radius property."""
        print("Getting radius")
        return self._radius
    @radius.setter
    def radius(self, value):
        if value >= 0:
            self._radius = value
        else:
            raise ValueError("Radius must be non-negative")
circle = Circle(5)
print(circle.radius)  # 輸出: Getting radius\n5
circle.radius = 10
print(circle.radius)  # 輸出: Getting radius\n10

使用多個(gè)裝飾器

如果一個(gè)函數(shù)被多個(gè)裝飾器修飾，則這些裝飾器按照從下到上的順序依次應(yīng)用。也就是說(shuō)，最接近函數(shù)定義的裝飾器最先執(zhí)行。

示例：多個(gè)裝飾器

def decorator_one(func):
    def wrapper():
        print("Decorator one")
        func()
    return wrapper
def decorator_two(func):
    def wrapper():
        print("Decorator two")
        func()
    return wrapper
@decorator_one
@decorator_two
def hello():
    print("Hello!")
hello()
# 輸出:
# Decorator one
# Decorator two
# Hello!

在這個(gè)例子中，decorator_two 首先被應(yīng)用，然后是 decorator_one。

總結(jié)

裝飾器是 Python 中非常強(qiáng)大且靈活的工具，它們可以讓您以優(yōu)雅的方式擴(kuò)展或修改函數(shù)和類(lèi)的功能。通過(guò)理解裝飾器的工作原理以及如何構(gòu)建自己的裝飾器，您可以編寫(xiě)出更加簡(jiǎn)潔、可維護(hù)和功能豐富的代碼。隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，您還將發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于裝飾器的高級(jí)用法和最佳實(shí)踐。