Python中如何创建装饰器函数

装饰器是Python中非常有用的一种技巧。它可以在不修改已有代码的前提下，对函数进行包装，从而给函数增加新的功能。例如，我们可以用装饰器来给函数添加代码计时器、异常处理、权限验证、日志记录等。本文将从基础开始，详细介绍Python中如何创建装饰器函数。

1. 装饰器简介

在Python中，函数也是一等公民，它可以像其他数据类型一样被传递、赋值、引用。因此，我们可以将函数作为参数传递给另一个函数，并且在内部对其进行处理。这种函数嵌套调用的方式就是装饰器。

装饰器本质上是一个函数，它接收一个函数作为参数，返回一个新的函数。新函数在执行时，会先执行装饰器函数中定义的代码，再执行原函数的代码。这样，我们就可以在原函数的基础上添加新的功能。

装饰器通常具有以下几个特点：

- 装饰器是一个函数（或类）；

- 装饰器接收一个函数作为参数，并返回一个新的函数（或类）；

- 装饰器函数的内部实现通常包含一个或多个函数嵌套；

- 装饰器返回的新函数与原函数参数和返回值类型相同；

- 装饰器可以对原函数进行任意修改或增强。

下面，我们将通过实现一个简单的装饰器，来详细介绍Python中如何创建装饰器函数。

2. 装饰器的基本用法

为了简单明了地说明装饰器的用法，我们定义一个名为“func”的函数，它接收一个整数类型的参数n，并返回n的平方。

def func(n):
    return n ** 2

现在我们想给这个函数添加一个计时器，输出函数执行的时间。我们可以使用装饰器来实现这个功能。

首先，我们可以定义一个计时函数timer，它接收一个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个返回的新函数会在执行原函数之前输出开始时间，在执行之后输出结束时间和执行时间。

import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print(f"{func.__name__} took {end_time - start_time:.6f} seconds")
        return result
    return wrapper

上述代码中，timer函数的参数func代表原函数，它返回了一个新函数wrapper。wrapper函数接收可变长参数args和kwargs，即原函数的参数列表和关键字参数列表，并在执行原函数前后进行计时。

我们可以使用@符号来调用装饰器函数，并将它放在被修饰函数的前面。下面的代码演示了如何使用timer装饰器对func函数进行包装。

@timer
def func(n):
    return n ** 2

print(func(1000))

输出结果如下：

func took 0.000000 seconds
1000000

从输出可以看出，装饰器函数timer被成功应用于func函数，它输出了函数执行时间，并正确返回了函数的结果。如果我们在其他函数上也想使用这个计时器，只需要再次应用这个装饰器即可。

3. 装饰器中的函数嵌套

在上一节中，我们定义了一个计时器函数timer，它返回一个新的函数wrapper。这个wrapper函数在执行原函数之前打印开始时间，在执行之后打印结束时间和执行时间。这个wrapper函数是由timer函数动态生成的。

函数嵌套是装饰器实现的核心。在本节中，我们将介绍在装饰器中嵌套函数的基础用法。

在Python中，函数可以嵌套在其他函数里面。这意味着一个函数可以在另一个函数内部被定义，并在外部的函数体中被使用。这种方式可以让我们在一个函数中定义多个内部函数，从而达到更加灵活和复杂的功能。

下面，我们定义一个简单的装饰器，来演示嵌套函数的用法。这个装饰器可以给函数添加一个前缀和后缀字符串，并在原函数执行时打印这些字符串。

def add_prefix_suffix(prefix: str, suffix: str):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print(prefix)
            result = func(*args, **kwargs)
            print(suffix)
            return result
        return wrapper
    return decorator

这里有三层函数嵌套。最外层的add_prefix_suffix函数接收两个字符串作为参数，返回一个装饰器decorator。decorator函数也是一个装饰器，它接收一个函数func作为参数，返回一个新函数wrapper。wrapper函数在原函数执行前输出前缀字符串，在执行后输出后缀字符串。

现在，我们可以使用这个装饰器来修饰任何需要添加前缀和后缀字符串的函数。下面的代码演示了如何使用这个装饰器。

@add_prefix_suffix("---start---", "---end---")
def func(n):
    return n ** 2

print(func(1000))

输出结果如下：

---start---
1000000
---end---

从输出可以看出，函数func被成功地添加了前缀和后缀字符串，并返回了正确的结果。这个装饰器可以应用于任何需要添加前缀和后缀字符串的函数。

4. 装饰器中的参数传递

在前面的例子中，我们演示了如何给函数添加一个计时器和一个前缀后缀字符串。这种方式的缺点是，在定义装饰器时需要将所有参数硬编码进去，这样装饰器的复用性很差。如果我们想修改前缀后缀字符串，或者为不同的函数添加不同的前缀后缀字符串，就需要重新定义装饰器。

为了解决这个问题，我们可以在装饰器中定义参数，并在函数调用时将参数传递进去。这样，我们可以动态地为不同的函数指定不同的参数。

下面的代码演示了如何给装饰器定义参数，并将参数传递到装饰器内部的嵌套函数中。

def add_prefix_suffix(prefix: str, suffix: str):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print(prefix)
            result = func(*args, **kwargs)
            print(suffix)
            return result
        return wrapper
    return decorator

@add_prefix_suffix(prefix=">>>", suffix="<<<")
def func(n):
    return n ** 2

print(func(1000))

输出结果如下：

>>>
1000000
<<<

从输出可以看出，装饰器接收了一个prefix和suffix参数，并将这些参数传递给内部的嵌套函数。这个装饰器能够动态地给不同的函数添加不同的前缀和后缀字符串。

我们还可以使用类来实现装饰器，并定义装饰器的参数。这种方式通常比函数装饰器更加灵活和复杂。由于本文的篇幅有限，这里就不再赘述。

5. 增强函数功能的装饰器

装饰器不仅可以