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一文讀懂 Python 裝飾器

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2023-04-12 21:40:131047瀏覽

一文讀懂 Python 裝飾器

Python 是一種對新手很友善的語言。但是,它也有很多較難掌握的高級功能,例如裝飾器(decorator)。許多初學者一直不理解裝飾器及其工作原理,在這篇文章中,我們將介紹裝飾器的來龍去脈。

在 Python 中,函數是一種非常靈活的結構,我們可以把它賦值給變數、當作參數傳遞給另一個函數,或是當成某個函數的輸出。裝飾器本質上也是一種函數,它可以讓它函數在不經過修改的情況下增加一些功能。

這也就是「裝飾」的意義,這種「裝飾」本身代表著一種功能,如果用它來修飾不同的函數,那麼也就是為這些函數增加這種功能。

一般而言,我們可以使用裝飾器提供的 @ 語法糖(Syntactic Sugar)來修飾其它函數或物件。如下所示我們用@dec 裝飾器修飾函數func ():

@dec
def func():
 pass

理解裝飾器的最好方式是了解裝飾器解決什麼問題,本文將從具體問題出發一步步引出裝飾器,並展示它的優雅與強大。

設定問題

為了解裝飾器的目的,接下來我們來看一個簡單的範例。假如你有一個簡單的加法函數dec.py,第二個參數的預設值為10:

# dec.py
def add(x, y=10):
 return x + y

我們來更認真地看一下這個加法函數:

>>> add(10, 20)
30
>>> add
<function add at 0x7fce0da2fe18>
>>> add.__name__
'add'
>>> add.__module__
'__main__'
>>> add.__defaults__ # default value of the `add` function
(10,)
>>> add.__code__.co_varnames # the variable names of the `add` function
('x', 'y')

我們不需要理解這些都是什麼,只需要記住Python 中的每個函數都是對象,它們有各種屬性和方法。你也可以透過inspect 模組查看add() 函數的原始碼:

>>> from inspect import getsource
>>> print(getsource(add))
def add(x, y=10):
 return x + y

現在你以某種方式使用該加法函數,例如你使用一些操作來測試該函數:

# dec.py
from time import time
def add(x, y=10):
 return x + y
print('add(10)', add(10))
print('add(20, 30)', add(20, 30))
print('add("a", "b")', add("a", "b"))
Output: i
add(10) 20
add(20, 30) 50
add("a", "b") ab

假如你想了解每個操作的時間,可以呼叫time 模組:

# dec.py
from time import time
def add(x, y=10):
 return x + y
before = time()
print('add(10)', add(10))
after = time()
print('time taken: ', after - before)
before = time()
print('add(20, 30)', add(20, 30))
after = time()
print('time taken: ', after - before)
before = time()
print('add("a", "b")', add("a", "b"))
after = time()
print('time taken: ', after - before)
Output:
add(10) 20
time taken:6.699562072753906e-05
add(20, 30) 50
time taken:6.9141387939453125e-06
add("a", "b") ab
time taken:6.9141387939453125e-06

現在,你作為一個程式設計人員是不是有些手癢,畢竟我們不喜歡總是複製貼上相同的程式碼。現在的程式碼可讀性不強,如果你想改變什麼,你就得修改所有出現的地方,Python 肯定有更好的方式。

我們可以按照以下做法,直接在 add 函數中捕捉運行時間:

# dec.py
from time import time
def add(x, y=10):
 before = time()
 rv = x + y
 after = time()
 print('time taken: ', after - before)
 return rv
print('add(10)', add(10))
print('add(20, 30)', add(20, 30))
print('add("a", "b")', add("a", "b"))

這種方法肯定比前一種要好。但是如果你還有另一個函數,那麼這似乎就不方便了。當我們有多個函數時:

# dec.py
from time import time
def add(x, y=10):
 before = time()
 rv = x + y
 after = time()
 print('time taken: ', after - before)
 return rv
def sub(x, y=10):
 return x - y
print('add(10)', add(10))
print('add(20, 30)', add(20, 30))
print('add("a", "b")', add("a", "b"))
print('sub(10)', sub(10))
print('sub(20, 30)', sub(20, 30))

因為 add 和 sub 都是函數,我們可以利用這一點寫一個 timer 函數。我們希望timer 能計算一個函數的運算時間:

def timer(func, x, y=10):
 before = time()
 rv = func(x, y)
 after = time()
 print('time taken: ', after - before)
 return rv

這很不錯,不過我們必須使用timer 函數包裝不同的函數,如下所示:

print('add(10)', timer(add,10)))

現在預設值還是10 嗎?未必。那麼如何做得更好呢?

這裡有一個主意:創建一個新的timer 函數,並包裝其他函數,然後返回包裝後的函數:

def timer(func):
 def f(x, y=10):
 before = time()
 rv = func(x, y)
 after = time()
 print('time taken: ', after - before)
 return rv
 return f

現在,你只需用timer 包裝一下add和sub 函數:

add = timer(add)

這樣就可以了!以下是完整程式碼:

# dec.py
from time import time
def timer(func):
 def f(x, y=10):
 before = time()
 rv = func(x, y)
 after = time()
 print('time taken: ', after - before)
 return rv
 return f
def add(x, y=10):
 return x + y
add = timer(add)
def sub(x, y=10):
 return x - y
sub = timer(sub)
print('add(10)', add(10))
print('add(20, 30)', add(20, 30))
print('add("a", "b")', add("a", "b"))
print('sub(10)', sub(10))
print('sub(20, 30)', sub(20, 30))
Output:
time taken:0.0
add(10) 20
time taken:9.5367431640625e-07
add(20, 30) 50
time taken:0.0
add("a", "b") ab
time taken:9.5367431640625e-07
sub(10) 0
time taken:9.5367431640625e-07
sub(20, 30) -10

我們來總結一下這個過程:我們有一個函數(例如 add 函數),然後用一個動作(例如計時)包裝該函數。包裝的結果是一個新函數,能實現某些新功能。

當然了,預設值還有點問題,我們稍後會解決它。

裝飾器

現在,上面的解決方案以及非常接近裝飾器的思想了,使用常見行為包裝某個具體的函數,這種模式就是裝飾器在做的事。使用裝飾器後的程式碼是:

def add(x, y=10):
 return x + y
add = timer(add)
You write:
@timer
def add(x, y=10):
 return x + y

它們的作用是一樣的,這就是 Python 裝飾器的作用。它實現的作用類似 add = timer(add),只不過裝飾器把句法放在函數上面,句法更簡單:@timer。

# dec.py
from time import time
def timer(func):
 def f(x, y=10):
 before = time()
 rv = func(x, y)
 after = time()
 print('time taken: ', after - before)
 return rv
 return f
@timer
def add(x, y=10):
 return x + y
@timer
def sub(x, y=10):
 return x - y
print('add(10)', add(10))
print('add(20, 30)', add(20, 30))
print('add("a", "b")', add("a", "b"))
print('sub(10)', sub(10))
print('sub(20, 30)', sub(20, 30))

參數和關鍵字參數

現在,還有一個小問題沒有解決。在 timer 函數中,我們將參數 x 和 y 寫死了,即指定 y 的預設值為 10。有一種方法可以傳輸該函數的參數和關鍵字參數,即 *args 和 **kwargs。參數是函數的標準參數(在本例中 x 為參數),關鍵字參數是已具備預設值的參數(本例中是 y=10)。程式碼如下:

# dec.py
from time import time
def timer(func):
 def f(*args, **kwargs):
 before = time()
 rv = func(*args, **kwargs)
 after = time()
 print('time taken: ', after - before)
 return rv
 return f
@timer
def add(x, y=10):
 return x + y
@timer
def sub(x, y=10):
 return x - y
print('add(10)', add(10))
print('add(20, 30)', add(20, 30))
print('add("a", "b")', add("a", "b"))
print('sub(10)', sub(10))
print('sub(20, 30)', sub(20, 30))

現在,該 timer 函數可以處理任意函數、任意參數和任意預設值設定了,因為它只是將這些參數傳輸到函數中。

高階裝飾器

你們可能會懷疑:如果我們可以用一個函數包裝另一個函數來加入有用的行為,那麼我們可以再進一步嗎?我們用一個函數包裝另一個函數,再被另一個函數包裝嗎?

可以!事實上,函數的深度可以隨你的意。例如,你要寫一個裝飾器來執行某個函數 n 次。如下所示:

def ntimes(n):
 def inner(f):
 def wrapper(*args, **kwargs):
 for _ in range(n):
 rv = f(*args, **kwargs)
 return rv
 return wrapper
 return inner

然後你可以使用上述函數包裝另一個函數,例如前文中的 add 函數:

@ntimes(3)
def add(x, y):
 print(x + y)
 return x + y

輸出的語句表示程式碼確實執行了 3 次。

以上是一文讀懂 Python 裝飾器的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!

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