詳解Python裝飾器由淺入深

裝飾器的功能在許多語言中都有，名字也不盡相同，其實它體現的是一種設計模式，強調的是開放封閉原則，更多的用於後期功能升級而不是編寫新的程式碼。裝飾器不光能裝飾函數，也能裝飾其他的對象，例如類，但通常，我們以裝飾函數為例子介紹其用法。要理解在Python中裝飾器的原理，需要一步一步來。本文盡量描述得淺顯易懂，從最基礎的內容講起。

（註：以下使用Python3.5.1環境）

一、Python的函數相關基礎

第一，必須強調的是python是從上往下順序執行的,而且碰到函數的定義程式碼區塊是不會立即執行它的，只有等到函數被呼叫時，才會執行其內部的程式碼區塊。

def foo():
print("foo函数被运行了！")
如果就这么样，foo里的语句是不会被执行的。
程序只是简单的将定义代码块读入内存中。

再看看，順序執行的例子：

def foo():
 print("我是上面的函数定义！")
def foo():
 print("我是下面的函数定义！")
foo()
运行结果：
我是下面的函数定义

可見，因為順序執行的原因，下面的foo將上面的foo覆蓋了。因此，在Python中程式碼的放置位置是有要求的，不能隨意擺放，函數體要放在被呼叫的語句之前。

　其次，我們還要先搞清楚幾樣東西：函數名、函數體、回傳值，函數的記憶體位址、函數名稱加括號、函數名稱被當作參數、函數名稱加括號被當作參數、返回函數名、傳回函數名加括號。對於以下的函數：

def foo():
print("让我们干点啥！")
return "ok"
foo() 　

  　  函數名稱：　　　　　　　　foo

　　　　　　　、　　、　　　　　　　字串「ok」　　　　如果不明確給出return的對象，那麼預設返回None

　　函數的記憶體位址：　　　　當函數體被讀進記憶體後的保存位置，它由識別碼即函數名稱foo引用，

                            以foo指向的是函數體在記憶體內的保存位置。

　　函數名稱加括號：　　　　   例如foo（），函數的呼叫方法，只有看到這個括號，程式會根據

                            以記憶體中找出函數體，而執行它

再看下列此範例：

def outer(func):
 def inner():
 print("我是内层函数！")
 return inner
def foo():
 print("我是原始函数！")
outer(foo)
outer(foo())

# 基础平台部门开发了上百个函数
def f1():
 print("业务部门1数据接口......")
def f2():
 print("业务部门2数据接口......")
def f3():
 print("业务部门3数据接口......")
def f100():
 print("业务部门100数据接口......")
#各部门分别调用
f1()
f2()
f3()
f100()

在python中，一切都是對象，函數也不例外。因此可以將函數名，甚至函數名加括號進行呼叫的方式作為另一個函數的回傳值。上面程式碼中，outer和foo是兩個函數，outer(foo)表示將foo函數的函數名稱當做參數傳遞給outer函數並執行outer函數；outer(foo())表示將foo函數執行後的回傳值當做參數傳遞給outer函數並執行outer函數，由於foo函數沒有指定回傳值，實際上它傳遞給了outer函數一個None。注意其中的差別，有沒有括號是關鍵！

　同樣，在outer函數內部，回傳了一個inner，它是在outer函數內部定義的一個函數，注意，由於inner後面沒有加括號，所以返回的是inner的函數體，實際上也就是inner這個名字，一個簡單的引用而已。那麼，如果outer函數回傳的是inner()呢？現在你應該已經很清楚了，它會先執行inner函數的內容，然後回傳個None給outer，outer再把這個None回傳給呼叫它的物件。

　請記住，函數名稱、函數加括號可以當做參數傳遞，也可以當做回傳值return，有沒有括號是兩個截然不同的意思！

二、裝飾器的使用場景

    裝飾器通常用於在不改變原有函數程式碼和功能的情況下，為其添加額外的功能。例如在原函數執行前先執行點什麼，執行後執行點什麼。

　讓我們透過一個例子來看看，裝飾器的使用場景和體現的設計模式。 （抱歉的是我設計不出更好的場景，只能引用武大神的案例加以演繹）

　有一個大公司，下屬的基礎平台部負責內部應用程序及API的開發，有上百個業務部門負責不同的業務，他們各自調用基礎平台部提供的不同函數處理自己的業務，情況如下：　

def f1():
 #加入认证程序代码
 print("业务部门1数据接口......")
def f2():
 # 加入认证程序代码
 print("业务部门2数据接口......")
def f3():
 # 加入认证程序代码
 print("业务部门3数据接口......")
def f100():
 #加入认证程序代码
 print("业务部门100数据接口......")
#各部门分别调用
f1()
f2()
f3()
f100()

     由於公司在創業初期，基礎平台部開發這些函數時，由於各種原因，例如時間，例如考慮不周等等，沒有為函數呼叫進行安全認證。現在，平台部主管決定彌補這個缺陷，於是：

　 第一回，主管叫來了一個運維工程師，工程師跑上跑下逐個部門進行通知，讓他們在代碼裡加上認證功能，然而，當天他被開除了。

　第二回：主管又叫来了一个运维工程师，工程师用shell写了个复杂的脚本，勉强实现了功能。但他很快就回去接着做运维了，不会开发的运维不是好运维....

　第三回：主管叫来了一个python自动化开发工程师，哥们是这么干的：只对基础平台的代码进行重构，让N个业务部门无需做任何修改。这哥们很快也被开了，连运维也没得做。　　

def f1():
 #加入认证程序代码
 print("业务部门1数据接口......")
def f2():
 # 加入认证程序代码
 print("业务部门2数据接口......")
def f3():
 # 加入认证程序代码
 print("业务部门3数据接口......")
def f100():
 #加入认证程序代码
 print("业务部门100数据接口......")
#各部门分别调用
f1()
f2()
f3()
f100()

　第四回：主管又换了个 工程师，他是这么干的：定义个认证函数，原来其他的函数调用它，代码如下框。但是，主管依然不满意，不过这一次他解释了为什么。主管说：写代码要遵循开放封闭原则，虽然在这个原则主要是针对面向对象开发，但是也适用于函数式编程，简单来说，它规定已经实现的功能代码内部不允许被修改，但外部可以被扩展，即：封闭：已实现的功能代码块；开放：对扩展开放。如果将开放封闭原则应用在上述需求中，那么就不允许在函数 f1 、f2、f3......f100的内部进行代码修改。遗憾的是，工程师没有漂亮的女朋友，所以很快也被开除了。

def login():
 print("认证成功！")
def f1():
 login()
 print("业务部门1数据接口......")
def f2():
 login()
 print("业务部门2数据接口......")
def f3():
 login()
 print("业务部门3数据接口......")
def f100():
 login()
 print("业务部门100数据接口......")
#各部门分别调用
f1()
f2()
f3()
f100()

    第五回：已经没有时间让主管找别人来干这活了，他决定亲自上阵，并且打算在函数执行后再增加个日志功能。主管是这么想的：不会装饰器的主管不是好码农！要不为啥我能当主管，你只能被管呢？嘿嘿。他的代码如下：

#/usr/bin/env python
#coding:utf-8
def outer(func):
 def inner():
 print("认证成功！")
 result = func()
 print("日志添加成功")
 return result
 return inner
@outer
def f1():
 print("业务部门1数据接口......")
@outer
def f2():
 print("业务部门2数据接口......")
@outer
def f3():
 print("业务部门3数据接口......")
@outer
def f100():
 print("业务部门100数据接口......")
#各部门分别调用
f1()
f2()
f3()
f100()

对于上述代码，也是仅需对基础平台的代码进行拓展，就可以实现在其他部门调用函数 f1 f2 f3 f100 之前都进行认证操作，在操作结束后保存日志，并且其他业务部门无需他们自己的代码做任何修改，调用方式也不用变。“主管”写完代码后，觉得独乐了不如众乐乐，打算显摆一下，于是写了篇博客将过程进行了详细的说明。

 三、装饰器的内部原理、

　下面我们以f1函数为例进行说明：

def outer(func):
 def inner():
 print("认证成功！")
 result = func()
 print("日志添加成功")
 return result
 return inner
@outer
def f1():
 print("业务部门1数据接口......")

 运用我们在第一部分介绍的知识来分析一下上面这段代码：

程序开始运行，从上往下编译，读到def outer(func):的时候，发现这是个“一等公民”->函数，于是把函数体加载到内存里，然后过。

读到@outer的时候，程序被@这个语法糖吸引住了，知道这是个装饰器，按规矩要立即执行的，于是程序开始运行@后面那个名字outer所定义的函数。（相信没有人会愚蠢的将@outer写到别的位置，它只能放在被装饰的函数的上方最近处，不要空行。）

程序返回到outer函数，开始执行装饰器的语法规则，这部分规则是定死的，是python的“法律”，不要问为什么。规则是：被装饰的函数的名字会被当作参数传递给装饰函数。装饰函数执行它自己内部的代码后，会将它的返回值赋值给被装饰的函数。　

如下图所示：

这里面需要注意的是：

@outer和@outer()有区别，没有括号时，outer函数依然会被执行，这和传统的用括号才能调用函数不同，需要特别注意！那么有括号呢？那是装饰器的高级用法了，以后会介绍。

是f1这个函数名（而不是f1()这样被调用后）当做参数传递给装饰函数outer，也就是：func = f1，@outer等于outer(f1),实际上传递了f1的函数体，而不是执行f1后的返回值。

outer函数return的是inner这个函数名，而不是inner()这样被调用后的返回值。

如果你对第一部分函数的基础知识有清晰的了解，那么上面的内容你应该很容易理解。

　4. 程序开始执行outer函数内部的内容，一开始它又碰到了一个函数，很绕是吧？当然，你可以在 inner函数前后安排点别的代码，但它们不是重点，而且有点小麻烦，下面会解释。inner函数定义块被程序观察到后不会立刻执行，而是读入内存中（这是潜规则）。

　5. 再往下，碰到return inner，返回值是个函数名，并且这个函数名会被赋值给f1这个被装饰的函数，也就是f1 = inner。根据前面的知识，我们知道，此时f1函数被新的函数inner覆盖了（实际上是f1这个函数名更改成指向inner这个函数名指向的函数体内存地址，f1不再指向它原来的函数体的内存地址），再往后调用f1的时候将执行inner函数内的代码，而不是先前的函数体。那么先前的函数体去哪了？还记得我们将f1当做参数传递给func这个形参么？func这个变量保存了老的函数在内存中的地址，通过它就可以执行 老的函数体，你能在inner函数里看到result = func（）这句代码，它就是这么干的！

　6.接下来，还没有结束。当业务部门，依然通过f1()的方式调用f1函数时，执行的就不再是老的f1函数的代码，而是inner函数的代码。在本例中，它首先会打印个“认证成功”的提示，很显然你可以换成任意的代码，这只是个示例；然后，它会执行func函数并将返回值赋值个变量result，这个func函数就是老的f1函数；接着，它又打印了“日志保存”的提示，这也只是个示例，可以换成任何你想要的；最后返回result这个变量。我们在业务部门的代码上可以用 r = f1()的方式接受result的值。

　7.以上流程走完后，你应该看出来了，在没有对业务部门的代码和接口调用方式做任何修改的同时，也没有对基础平台部原有的代码做内部修改，仅仅是添加了一个装饰函数，就实现了我们的需求，在函数调用前先认证，调用后写入日志。这就是装饰器的最大作用。

　问题：那么为什么我们要搞一个outer函数一个inner函数这么复杂呢？一层函数不行吗？

　答：请注意，@outer这句代码在程序执行到这里的时候就会自动执行outer函数内部的代码，如果不封装一下，在业务部门还未进行调用的时候，就执行了些什么，这和初衷有点不符。当然，如果你对这个有需求也不是不行。请看下面的例子，它只有一层函数。

def outer(func):
 print("认证成功！")
 result = func()
 print("日志添加成功")
 return result
@outer
def f1():
 print("业务部门1数据接口......")
# 业务部门并没有开始执行f1函数
执行结果：
认证成功！
业务部门1数据接口......
日志添加成功

看到没？我只是定义好了函数，业务部门还没有调用f1函数呢，程序就把工作全做了。这就是封装一层函数的原因。

四、装饰器的参数传递

 细心的朋友可能已经发现了，上面的例子中，f1函数没有参数，在实际情况中肯定会需要参数的，那参数怎么传递的呢？

　一个参数的情况：

def outer(func):
 def inner(username):
 print("认证成功！")
 result = func(username)
 print("日志添加成功")
 return result
 return inner
@outer
def f1(name):
print("%s 正在连接业务部门1数据接口......"%name)
# 调用方法
f1("jack")

在inner函数的定义部分也加上一个参数，调用func函数的时候传递这个参数，很好理解吧？可问题又来了，那么另外一个部门调用的f2有2个参数呢？f3有3个参数呢？你怎么传递？

很简单，我们有*args和**kwargs嘛！号称“万能参数”！简单修改一下上面的代码：

def outer(func):
 def inner(*args,**kwargs):
 print("认证成功！")
 result = func(*args,**kwargs)
 print("日志添加成功")
 return result
 return inner
@outer
def f1(name,age):
 print("%s 正在连接业务部门1数据接口......"%name)
# 调用方法
f1("jack",18)

五、更进一步的思考

　一个函数可以被多个函数装饰吗？可以的！看下面的例子！　　

def outer1(func):
 def inner(*args,**kwargs):
 print("认证成功！")
 result = func(*args,**kwargs)
 print("日志添加成功")
 return result
 return inner
def outer2(func):
 def inner(*args,**kwargs):
 print("一条欢迎信息。。。")
 result = func(*args,**kwargs)
 print("一条欢送信息。。。")
 return result
 return inner
 @outer1
@outer2
def f1(name,age):
 print("%s 正在连接业务部门1数据接口......"%name)
# 调用方法
f1("jack",18)
执行结果：
认证成功！
一条欢迎信息。。。
jack 正在连接业务部门1数据接口......
一条欢送信息。。。
日志添加成功

更进一步的，装饰器自己可以有参数吗？可以的！看下面的例子：

# 认证函数
def auth(request,kargs):
 print("认证成功！")
# 日志函数
def log(request,kargs):
 print("日志添加成功")
# 装饰器函数。接收两个参数，这两个参数应该是某个函数的名字。
def Filter(auth_func,log_func):
 # 第一层封装，f1函数实际上被传递给了main_fuc这个参数
 def outer(main_func):
 # 第二层封装，auth和log函数的参数值被传递到了这里
 def wrapper(request,kargs):
 # 下面代码的判断逻辑不重要，重要的是参数的引用和返回值
 before_result = auth(request,kargs)
 if(before_result != None):
 return before_result;
 main_result = main_func(request,kargs)
 if(main_result != None):
 return main_result;
 after_result = log(request,kargs)
 if(after_result != None):
 return after_result;
 return wrapper
 return outer
# 注意了，这里的装饰器函数有参数哦，它的意思是先执行filter函数
# 然后将filter函数的返回值作为装饰器函数的名字返回到这里，所以，
# 其实这里，Filter(auth,log) = outer , @Filter(auth,log) = @outer
@Filter(auth,log)
def f1(name,age):
 print("%s 正在连接业务部门1数据接口......"%name)
# 调用方法
f1("jack",18)
运行结果：
认证成功！
jack 正在连接业务部门1数据接口......
日志添加成功

又绕晕了？其实你可以这么理解，先执行Filter函数，获得它的返回值outer，再执行@outer装饰器语法。

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