Python 装饰器（Decorator）详解

装饰器（Decorator）是 Python 中一个非常强大的功能，能够让你在不修改原有代码的基础上，增强函数或方法的功能。装饰器广泛应用于日志记录、权限验证、缓存、性能测试等场景，是 Python 高级编程的重要内容之一。

本文将详细讲解装饰器的原理、使用方法，包含代码示例和图解，帮助你更好地理解和使用 Python 中的装饰器。

一、什么是装饰器？

装饰器（Decorator）本质上是一个函数，它能够接收一个函数或类作为参数，并返回一个增强后的函数或类。装饰器的语法采用 @ 符号，并且可以在不修改原有函数的情况下，给它增加额外的功能。

简单来说，装饰器就是一种通过函数嵌套来增强其他函数功能的机制。

二、装饰器的基本原理

装饰器本质上是一个函数，它的输入是一个函数，输出是一个新的函数。这个新的函数通常会在原有函数执行之前或之后，执行额外的操作。

1. 装饰器的基本结构

装饰器的基本结构如下：

def decorator(func):
    def wrapper():
        # 在这里添加装饰器的逻辑
        print("Before function call")
        func()  # 执行原函数
        print("After function call")
    return wrapper

2. 使用装饰器

装饰器的使用方法是在被装饰的函数前加上@decorator语法。例如：

@decorator
def say_hello():
    print("Hello, World!")

3. 执行过程

当执行 say_hello() 时，实际上会执行 wrapper() 函数，而 wrapper() 会在调用原始的 say_hello() 函数之前和之后，添加一些自定义的逻辑。

三、装饰器的应用示例

1. 简单的装饰器

首先，来看一个简单的装饰器示例：

def simple_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Before calling the function")
        func()
        print("After calling the function")
    return wrapper

@simple_decorator
def greet():
    print("Hello!")

# 调用函数
greet()

输出：

Before calling the function
Hello!
After calling the function

在这个例子中，greet() 函数被 simple_decorator 装饰器装饰，装饰器在调用 greet() 函数之前和之后，分别打印了“Before calling the function”和“After calling the function”。

2. 带参数的装饰器

装饰器不仅可以用于无参数的函数，还可以用于带参数的函数。只需在 wrapper() 函数中接收传递给原始函数的参数即可。

def decorator_with_args(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Before function call")
        func(*args, **kwargs)  # 传递所有参数给原始函数
        print("After function call")
    return wrapper

@decorator_with_args
def add(a, b):
    print(f"Result: {a + b}")

add(5, 3)

输出：

Before function call
Result: 8
After function call

在这个例子中，add() 函数带有两个参数 a 和 b，装饰器通过 *args 和 **kwargs 接收并传递这些参数。

3. 装饰器的返回值

装饰器不仅可以增强函数，还可以改变函数的返回值。例如，在装饰器中可以改变函数的返回值，或者在执行前做一些处理。

def multiply_result(func):
    def wrapper(a, b):
        result = func(a, b)
        return result * 2  # 将结果乘以2
    return wrapper

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

print(add(3, 5))  # 结果应该是 (3 + 5) * 2 = 16

输出：

16

在这个例子中，multiply_result 装饰器在执行 add() 函数时，获取函数的返回值并将其乘以 2。

四、装饰器的嵌套

装饰器可以嵌套使用，也就是说，一个函数可以同时被多个装饰器修饰。装饰器会按照从上到下的顺序依次应用。

def decorator1(func):
    def wrapper():
        print("Decorator 1")
        func()
    return wrapper

def decorator2(func):
    def wrapper():
        print("Decorator 2")
        func()
    return wrapper

@decorator1
@decorator2
def greet():
    print("Hello!")

greet()

输出：

Decorator 1
Decorator 2
Hello!

在这个例子中，greet() 函数先被 decorator2 装饰，再被 decorator1 装饰。装饰器会按从内到外的顺序执行。

五、装饰器的应用场景

装饰器在很多实际场景中都能发挥作用，以下是一些常见的应用场景：

1. 日志记录

装饰器可以用来记录函数的调用日志，例如：

import time

def log_time(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print(f"Function {func.__name__} executed in {end_time - start_time} seconds")
        return result
    return wrapper

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

slow_function()

输出：

Function slow_function executed in 2.0021 seconds

2. 权限验证

装饰器还可以用来做权限验证，例如检查用户是否具有某些权限：

def requires_permission(func):
    def wrapper(user):
        if user != "admin":
            print("Permission denied!")
        else:
            func(user)
    return wrapper

@requires_permission
def access_sensitive_data(user):
    print(f"Accessing sensitive data for {user}")

access_sensitive_data("guest")  # 输出 "Permission denied!"
access_sensitive_data("admin")  # 输出 "Accessing sensitive data for admin"

六、装饰器的注意事项

• 装饰器会影响函数的元数据：当我们使用装饰器修饰一个函数时，原函数的元数据（如名称、文档字符串等）可能会丢失。为了避免这一点，可以使用 functools.wraps() 来保留原函数的元数据。

import functools

def simple_decorator(func):
    @functools.wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

• 装饰器传参：如果你需要为装饰器传递参数，可以使用额外的嵌套函数。示例如下：

def decorator_with_args(arg):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print(f"Decorator argument: {arg}")
            return func(*args, **kwargs)
        return wrapper
    return decorator

七、总结

通过本篇文章的学习，你已经了解了Python中装饰器的基本原理、用法、常见应用场景以及一些进阶技巧。装饰器不仅能帮助你提高代码复用率，还能在不修改原始代码的情况下增加额外的功能，使得你的代码更加简洁、可维护。

希望通过本文的讲解，你能灵活运用装饰器来提高自己的编程能力！