如何使用装饰器实现函数参数类型检查

装饰器是Python中一种特殊的函数，它可以在不修改原始函数代码的情况下，动态地为函数添加功能。装饰器通常用于实现横切关注点（cross-cutting concerns）的代码，例如日志记录、性能统计和输入验证等。

在本文中，我们将介绍如何使用装饰器实现函数参数类型检查，并提供一个示例来说明其用法。

首先，我们需要定义一个装饰器函数，用于对被装饰的函数进行参数类型检查。下面是一个简单的实现：

def type_check(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        # 获取函数的参数列表
        parameters = func.__code__.co_varnames
        
        # 遍历参数列表
        for i, arg in enumerate(args):
            # 获取参数的类型注解
            annotation = func.__annotations__.get(parameters[i])
            
            # 如果参数有类型注解并且类型不匹配，则抛出异常
            if annotation and not isinstance(arg, annotation):
                raise TypeError(f"Argument {arg} does not match its type annotation {annotation}")
                
        # 调用原始函数
        return func(*args, **kwargs)
    
    return wrapper

上述装饰器函数接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。新的函数会在被装饰的函数执行之前进行参数类型检查，并抛出异常如果类型不匹配。

为了说明装饰器的用法，我们将使用一个简单的示例函数来进行演示：

@type_check
def add(a: int, b: int) -> int:
    return a + b

在上述示例中，我们通过在函数定义前加上@type_check来应用装饰器。该装饰器将对add函数的两个参数进行类型检查，确保它们都是整数，且返回值也是整数。

现在，我们可以测试一下带有装饰器的add函数：

print(add(1, 2))  # 输出: 3
print(add(1.0, 2))  # 抛出异常: TypeError: Argument 1.0 does not match its type annotation <class 'int'>

从上述测试结果可以看出，当我们向带有装饰器的add函数传递类型不匹配的参数时，将会抛出TypeError异常，并提示哪个参数的类型不匹配。

通过上面的示例，我们可以看到装饰器可以很方便地对函数进行参数类型检查。这可以帮助我们在开发过程中尽早捕获类型错误，从而提高代码的可靠性。

需要注意的是，上述的装饰器实现只能检查函数的位置参数，对于关键字参数（即带有默认值的参数）还需要进行进一步的处理。此外，装饰器只能对单个函数进行参数类型检查，并不能作用于整个模块或类。如果需要对整个模块或类的函数进行参数类型检查，可以考虑使用第三方库，例如mypy。