深入浅出 Python Decorators

原文

基础知识
回到 Decorators
Decorator
为带参数的函数进行装饰
通用 decorator
Chaining Decorators
带有参数的 decorator
几个跟 Class 相关的常用 Decorator
- classmethod 和 staticmethod
- property

装饰器 属于 metaprogramming 的一种，是在编译时一段程序尝试去修改另外一段程序的部分内容。

基础知识

在 python 中，everything 都是 objects。
Names 只是 tags bound to these objects。
甚至 classes，functions 都是 objects。
例如：

a = math.sin，则a就用了同sin一样的功能；
然后math.sin甚至可以指向其他函数，例如math.sin = func，则math.sin就变成了 func 函数的功能
而此时a仍然具有sin函数的功能

函数可以作为参数传递给其他函数，例如map, filter, reduce.
这些接受函数作为参数的函数被称为 higher order functions.

函数也可以作为返回值被返回，例如在上一节中提到的 Closure。

回到 Decorators

functions 和 methods 都被称为 callable，因为他们都可以被执行。
实际上，任何 object，只要实现了__call__()方法，都是一个 callable。
所以，Decorator 就是一个返回 callable 的 callable。
Decorator 使用函数作为参数，增加一些功能做成一个新的函数，然后返回它。

def make_pretty(func):def inner():print("I got decorated")func()return innerdef ordinary():print("I am ordinary")>>> ordinary()
I am ordinary>>> # let's decorate this ordinary function
>>> pretty = make_pretty(ordinary)
>>> pretty()
I got decorated
I am ordinary

在上面的例子中，make_pretty()就是一个Decorator。
Decorator 就像一个 wrapper 一样。
Decorator 就好像把传入的函数 “decorate/装饰” 了一番，然后又吐了出来。

@Decorator

python 中提供了一个更简单的使用 decorator 的方法，就是@符号：

@make_pretty
def ordinary():print("I am ordinary")

就等同于

def ordinary():print("I am ordinary")ordinary = make_pretty(ordinary)

注意，下面的例子中，重新赋值后的 ordinary 已经不是 def 定义的ordinary 了，而是一个经过 decorator 修饰的 ordinary。
因此上面的例子中，@符号直接创造了经过修饰的 ordinary，省去了中间的形式。

为带参数的函数进行“装饰”

例子

def divide(a, b):return a/b

上面的函数显然有缺陷，在 b == 0 时会 raise ZeroDivisionError，因此我们可以对之进行“装饰”：

def smart_divide(func):def inner(a,b):print("I am going to divide",a,"and",b)if b == 0:print("Whoops! cannot divide")returnreturn func(a,b)return inner@smart_divide
def divide(a,b):return a/b

经过修饰后，divide在当 b == 0 时会警告，变成了一个没有返回值的函数（返回 None）；在b != 0 时返回正常的结果，又是一个有返回值的函数。
当使用者调用 divide(n / m)时，实际上是在调用一个内部函数 inner(n / m)。
而该内部函数使用了原始的、未被“修饰”的函数，即作为参数传入的 func，即写在@smart_divide下面的那个形式。

通用 decorator

你会发现，实际上inner() 函数使用了和原始的被修饰函数同样的参数。根据这个原理，我们可以写出更通用的格式：

def works_for_all(func):def inner(*args, **kwargs):print("I can decorate any function")return func(*args, **kwargs)return inner

那么这个 decorator 可以“修饰”任何函数。

Chaining Decorators

被“修饰”的函数可以再次被“修饰”，就成了 decorator 嵌套：

def star(func):def inner(*args, **kwargs):print("*" * 30)func(*args, **kwargs)print("*" * 30)return innerdef percent(func):def inner(*args, **kwargs):print("%" * 30)func(*args, **kwargs)print("%" * 30)return inner@star
@percent
def printer(msg):print(msg)
printer("Hello")

输出结果是：

******************************
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
Hello
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
******************************

注意，@star 和 @percent 的前后顺序很重要！不然就是不一样的结果。

带有参数的 decorator

有时候你会看到下面的形式：

@decorator(param)
def func():pass

不要怕，根据其原理，那么就相当于：

def func():passfunc = decorator(param)(func)

可见，decorator 本身就是一个返回 Decorator 的 Decorator 函数。其形式诸如：

def decorator(argument):def real_decorator(function):def wrapper(*args, **kwargs):funny_stuff()something_with_argument(argument)function(*args, **kwargs)more_funny_stuff()return wrapperreturn real_decorator

几个跟 Class 相关的常用 Decorator

1. @classmethod 和 @staticmethod

在类中，normal method 也称为 instance method，定义 instance method 时，需要默认给定一个 self 参数，代表了实例本身。

class Date(object):def __init__(self, day=0, month=0, year=0):self.day = dayself.month = monthself.year = year>>> date1 = Date(6, 11, 2017)

在类中，还有一类 method 称为 class method，定义 class method 时，需要默认给定一个 cls 参数，代表了类本身。

...@classmethoddef from_string(cls, date_as_string):day, month, year = map(int, date_as_string.split('-'))date1 = cls(day, month, year)return date1date2 = Date.from_string('11-09-2012')

因为在 python 中没有重载/Overloading，所以不能用 date2 = Date('11-09-2012') 的形式定义另外一个构造函数，因此需要类提供新的方法来进行“构造”。
在上面的例子中，@classmethod 为该类引入了一个新方法 from_string。
@classmethod 修饰符是必须的，否则，如果没有这个修饰符，即使你为 from_string 写了 cls 作为一参，它实际上仍然是意义上的 self，并且你只能通过 = Date().from_string(... 的形式使用它。

在类中，还有一类 method 是 static method，它对应于 C++ 中的 static method，其实就是一个普通的函数，只不过被包含在了类中，此时”类”的作用仅仅是作为一个 naming space.

...@staticmethoddef is_date_valid(date_as_string):day, month, year = map(int, date_as_string.split('-'))return day <= 31 and month <= 12 and year <= 3999# usage:
is_date = Date.is_date_valid('11-09-2012')

同样，该方法不需要任何类的实例就可以直接使用。
当然，对于 class method 和 static method，你通过类的实例使用也是没问题的，即 is_date = Date().is_date_valid('11-09-2012') 也合法，但没人这样用，因为它使得 class method 和 static method 的含义变得模糊了。

2. @property

见下一节