Python装饰器的基本原理和用法

Python装饰器是一种语法糖，可以用于在不修改原函数的情况下，为函数添加额外的功能。装饰器函数可以接受一个函数作为输入，并返回一个新的函数作为输出。

装饰器的基本原理是，定义一个装饰器函数，该函数接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。在这个新的函数中，可以在调用原函数前后添加额外的代码。

下面是一个简单的装饰器示例，用于在调用函数时打印函数名：

def print_function_name(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Calling function:", func.__name__)
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@print_function_name
def add(a, b):
    return a + b

result = add(1, 2) # 调用函数 add，并打印函数名
print(result)      # 输出：3

在上面的示例中，我们定义了一个装饰器函数 print_function_name，该函数接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数 wrapper。在 wrapper 函数中，我们首先打印被装饰函数的名称，然后调用被装饰函数，并返回其结果。

通过在被装饰函数 add 的定义前面添加 @print_function_name，我们将 add 函数传递给装饰器函数，并将其结果重新赋值给 add。这样，当我们调用 add 函数时，实际上是调用了装饰器函数返回的 wrapper 函数。

除了打印函数名之外，装饰器还可以实现很多其他功能，例如计时、缓存、权限验证等。下面是一个使用装饰器实现计时功能的示例：

import time

def timing(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print("Function", func.__name__, "took", end_time - start_time, "seconds.")
        return result
    return wrapper

@timing
def calculate_sum(n):
    return sum(range(n))

result = calculate_sum(10000000) # 调用函数并计时
print(result)                    # 输出：49999995000000

在上面的示例中，我们定义了一个装饰器函数 timing，该函数接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数 wrapper。在 wrapper 函数中，我们首先记录当前时间作为函数开始时间，然后调用被装饰函数，并记录当前时间作为函数结束时间。最后，我们打印函数的名称和执行时间，并返回函数的结果。

通过在被装饰函数 calculate_sum 的定义前面添加 @timing，我们将 calculate_sum 函数传递给装饰器函数，并将其结果重新赋值给 calculate_sum。这样，当我们调用 calculate_sum 函数时，实际上是调用了装饰器函数返回的 wrapper 函数。

装饰器可以帮助我们在不修改原函数的情况下，为函数添加额外的功能，并且可以在多个函数之间共享装饰器。装饰器可以大大简化代码，提高代码的复用性和可维护性。