深入理解装饰器：从基础到高级应用

装饰器的基本概念

装饰器是Python中一种非常有用的设计模式，用于扩展或修改其他函数或方法的行为，而无需直接修改其源代码。装饰器本质上是一个返回函数的高阶函数，它可以对原始函数进行包装，从而在不改变原函数调用逻辑的情况下添加新的功能。

例如，如果我们有一个简单的函数 index()，我们可以通过装饰器为其添加计时功能，而不改变 index() 的定义或调用方式。

装饰器的简易实现

为了理解装饰器的工作原理，我们首先来看一个简单的例子：如何使用装饰器来统计函数的执行时间。这里需要用到Python的 time 模块来获取时间戳。

import time

def timer(func):
    def wrapper():
        start_time = time.time()
        func()
        end_time = time.time()
        print(f'函数 {func.__name__} 执行时间: {end_time - start_time}s')
    return wrapper

@timer
def index():
    time.sleep(3)
    print('from index')

index()

装饰器的高级实现

当被装饰的函数需要接受参数时，我们需要对装饰器进行适当的调整，以确保这些参数能够正确传递。这通常涉及到对装饰器内部的 wrapper 函数进行修改，使其能够接收并传递参数。

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print(f'函数 {func.__name__} 执行时间: {end_time - start_time}s')
        return result
    return wrapper

@timer
def index(param):
    time.sleep(3)
    print(f'from index with param: {param}')

index('test')

装饰器的实际应用：认证功能

装饰器不仅可以用作性能监控，还可以用于实现如用户认证等功能。例如，我们可以创建一个装饰器，确保在调用特定函数前检查用户的登录状态。

def auth_required(func):
    def wrapper():
        username = input('请输入用户名: ')
        password = input('请输入密码: ')
        if username == 'admin' and password == '123456':
            func()
        else:
            print('认证失败')
    return wrapper

@auth_required
def admin_panel():
    print('欢迎来到管理员面板')

admin_panel()

装饰器的固定模式

装饰器的固定模式通常包括一个外部函数和一个内部函数。外部函数接收被装饰的函数作为参数，内部函数则负责执行实际的增强逻辑，并最终调用被装饰的函数。

def outer_decorator(func):
    def inner_decorator(*args, **kwargs):
        print('函数执行前的操作')
        result = func(*args, **kwargs)
        print('函数执行后的操作')
        return result
    return inner_decorator

装饰器的语法糖

Python 提供了一种称为“语法糖”的简洁方式来使用装饰器。通过在函数定义前加上 @decorator_name，可以自动将该函数作为参数传递给装饰器函数，并将装饰器的返回值（即新的函数）赋值给原函数名。

@outer_decorator
def some_function():
    print('这是被装饰的函数')

some_function()