如何使用装饰器在Python中修改函数行为？

装饰器是 Python 中一种强大的工具，它们可以用于修改函数的行为。装饰器是一种特殊的函数，它可以接收一个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个过程通常称作“装饰”。

基本的装饰器结构如下：

def decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        # Do something before the function is called.
        result = func(*args, **kwargs)
        # Do something after the function is called.
        return result
    
    return wrapper

装饰器有三个部分：

- 装饰器本身是一个函数，用于接收一个函数作为参数。

- wrapper 函数是装饰器的返回值，它将被传递给下一层调用的函数。

- *args 和 **kwargs 是 wrapper 函数的参数。它们允许我们传入任何数量的位置参数和关键字参数。

装饰器可以用于修改一个函数的行为，例如：

def log(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"Calling function {func.__name__} with arguments {args} and {kwargs}.")
        result = func(*args, **kwargs)
        print(f"Function {func.__name__} returned: {result}.")
        return result
    
    return wrapper

@log
def add(x, y):
    return x + y

这个装饰器会打印出函数被调用的参数以及返回结果。我们可以使用如下代码测试它：

>>> add(1, 2)
Calling function add with arguments (1, 2) and {}.
Function add returned: 3.
3

装饰器可用于控制修改函数的结果。以上代码能够实现将结果输出到日志文件的功能，我们也可以使用装饰器控制函数的返回值：

def twice(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        result = func(*args, **kwargs)
        return result * 2
    
    return wrapper

@twice
def add(x, y):
    return x + y

>>> add(1, 2)
6

这个装饰器将函数的返回值乘以 2。我们使用如下代码测试它：

>>> add(1, 2)
6

在调用 add 函数之前，装饰器将其返回值乘以 2，所以输出结果为 6。

装饰器可以用于修改函数的任何部分。如果我们希望将函数的参数验证在一个地方处理，可以使用如下装饰器：

def validate(func):
    def wrapper(x, y):
        if not isinstance(x, (int, float)) or not isinstance(y, (int, float)):
            raise TypeError("Expecting numbers as arguments.")
        return func(x, y)
    
    return wrapper

@validate
def add(x, y):
    return x + y

>>> add(1, "two")
TypeError: Expecting numbers as arguments.

装饰器会对参数进行验证。我们使用如下代码测试它：

>>> add(1, "two")
TypeError: Expecting numbers as arguments.

装饰器可以在函数的调用之前和之后执行任何操作。例如，我们可以使用以下装饰器来在函数执行之前设置某些值，在函数返回之后打印这些值：

def my_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Setting up...")
        # 执行被装饰函数
        result = func(*args, **kwargs)
        print("Tearing down...")
        return result

    return wrapper

@my_decorator
def add(x, y):
    return x + y

>>> add(1, 2)
Setting up...
Tearing down...
3

装饰器可以帮助我们将功能分离到不同的模块中，使代码更易于维护和重用。但是，如果我们使用太多的装饰器，代码将变得混乱不堪。这就是为什么很重要的理解如何使用装饰器来改变函数的行为，以及何时使用它们的原因。