Python函数的高级用法：装饰器及回调函数

Python是一种简单易学、功能强大的脚本语言，具有良好的可读性、易于维护和扩展的特点。在Python中，函数是一等公民，具有非常重要的地位。Python函数有很多高级用法，其中最为重要的是装饰器和回调函数。

一、装饰器

装饰器是Python语言中的一种特殊语法，用于给已有函数增加额外的功能。它是一个可调用的对象，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数，新函数可以添加一些额外的行为，比如日志、性能统计、缓存等。装饰器可以用于包装、修改或者替换函数。

1. 基本用法

下面是一个非常简单的装饰器示例：

def decorator(func):
    def wrapper():
        print('Before function execution.')
        func()
        print('After function execution.')
    return wrapper
 
@decorator
def say_hello():
    print('Hello, World!')

在上面的代码中，我们定义了一个名为decorator的装饰器函数，它接受一个函数作为参数，并返回一个包装函数wrapper。wrapper函数在函数调用前和调用后输出一些信息，然后调用原始函数。

接下来，我们使用@符号将装饰器应用到我们的函数say_hello上：

say_hello()

执行以上代码，输出结果如下：

Before function execution.
Hello, World!
After function execution.

通过使用装饰器，我们可以轻松地为一个函数添加任意个数的前置和后置操作，这使得我们可以在不修改函数源代码的情况下，实现不同的功能扩展，增强代码的模块化性以及重用性。

2. 带参数的装饰器

当我们需要对带有参数的函数进行装饰时，使用装饰器就会稍微复杂一些，需要在装饰器函数和包装函数中都添加参数。下面的例子演示了如何使用带有参数的装饰器：

def decorator_with_args(decorator_arg1, decorator_arg2):
    def decorator(func):
        def wrapper(func_arg1, func_arg2):
            print('Decorator arguments:', decorator_arg1, decorator_arg2)
            func(func_arg1, func_arg2)
        return wrapper
    return decorator
 
@decorator_with_args('Hello', 'world')
def say_hello_to(name, gender):
    print('Hello, %s, you are %s' % (name, gender))

在上面的代码中，我们定义了一个名为decorator_with_args的装饰器函数，它接受两个参数，并返回一个装饰器函数decorator。decorator函数也接受一个参数，它是要被装饰的函数。wrapper函数接受两个参数，它是原始函数的包装函数。

接下来，我们使用@符号将装饰器应用到我们的函数say_hello_to上：

say_hello_to('Tom', 'male')

执行以上代码，输出结果如下：

Decorator arguments: Hello world
Hello, Tom, you are male

通过使用带有参数的装饰器，我们可以轻松地向函数中添加任何参数，并且这些参数可以传递到装饰器函数和包装函数中。

3. 类装饰器

除了函数装饰器，Python还支持类装饰器。类装饰器在Python中是比较少见的，但是它们可以帮助我们实现更高级别的功能。下面的例子展示了如何使用类装饰器：

class Decorator(object):
    def __init__(self, func):
        self.func = func
    
    def __call__(self):
        print('Before function execution.')
        self.func()
        print('After function execution.')
 
@Decorator
def say_hello():
    print('Hello, World!')

在上面的代码中，我们定义了一个名为Decorator的类装饰器，它接受一个函数作为输入，并在__call__方法中实现装饰逻辑。在调用函数时，它输出一些额外的信息，然后调用原始函数。

接下来，我们使用@符号将装饰器应用到我们的函数say_hello上：

say_hello()

执行以上代码，输出结果如下：

Before function execution.
Hello, World!
After function execution.

通过使用类装饰器，我们可以创建可重用的装饰器，并且可以使用面向对象的方式将其组织起来。

二、回调函数

回调函数是一种高级函数，它通常用于事件驱动编程。回调函数是一个可调用的对象，它作为参数传递给另一个函数，当某些特定事件发生时，这个函数会将回调函数作为参数调用。

1. 回调函数的基本用法

下面的例子展示了如何使用回调函数：

def apply(func, x):
    return func(x)
 
def add_five(x):
    return x + 5
 
result = apply(add_five, 10)
print(result)

在上面的代码中，我们定义了一个名为apply的函数，它接受两个参数：一个是要被调用的函数，另一个是要传递给被调用函数的参数x。然后我们定义了一个名为add_five的函数，它接受一个参数，并返回参数加5的结果。最后，我们调用apply函数，并将add_five和10作为参数传递给它，然后将结果赋值给result变量。

执行以上代码，输出结果为15。这里，回调函数add_five被作为参数传递给apply函数，并在apply函数内部被调用。

2. 回调函数的高级用法

在事件驱动编程中，回调函数被广泛使用。假设我们有一个名为Button的类，它具有一个名为click的方法，该方法会在按钮被单击时被调用。在这种情况下，我们可以将一个回调函数添加到Button对象上，以便在单击事件发生时进行调用。

下面的示例展示了如何使用回调函数来实现单击事件：

class Button(object):
    def __init__(self):
        self.onClick = None
    
    def click(self):
        if self.onClick:
            self.onClick()
 
def on_button_clicked():
    print('Button clicked')
 
button = Button()
button.onClick = on_button_clicked
button.click()

在上面的代码中，我们定义了一个名为Button的类，它具有一个名为onClick的成员变量，该成员变量可以接受一个回调函数。我们还定义了一个名为click的方法，该方法在Button对象被单击时被调用，如果onClick成员变量不为空，则调用onClick方法。

接下来，我们定义了一个名为on_button_clicked的回调函数，每次Button对象被单击时它都会被调用，该函数简单地输出一个消息。

最后，我们创建了一个Button对象，并将on_button_clicked函数添加到onClick成员变量中。然后我们调用click方法，以便触发单击事件。执行以上代码，输出结果如下：

Button clicked

通过使用回调函数，我们可以在事件发生时进行更多的处理，并且协调应用程序的执行流程。在事件驱动编程中，回调函数是非常重要的。Python的语法非常适合编写事件驱动应用程序，并且它具有非常强大和灵活的编程模型。