装饰器（decorators）：Python中的装饰器及其应用场景

Python中的装饰器（decorators）是一种特殊的函数，它将函数或方法作为参数，并且返回一个新的函数或方法。装饰器主要用于添加或修改函数的功能，而不需要修改函数的定义本身。这个特性使得装饰器在很多情况下都非常有用，下面是一些使用装饰器的场景。

1. 函数计时

在用Python编写程序时，有时需要统计函数的执行时间。这时可以使用装饰器来将原函数进行包装（wrapper），并统计执行时间。比如：

import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print(f'{func.__name__} took {end - start:.2f} seconds')
        return result
    return wrapper

@timer
def my_function(...):
    ...

2. 输入检查

有时候需要对函数的输入进行检查，比如检查参数的类型和值是否合法。可以使用装饰器来实现，比如：

def validate_input(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        for arg in args:
            if not isinstance(arg, int):
                raise ValueError("Invalid input type")
        if kwargs.get('age') < 0:
            raise ValueError("Invalid age value")
        result = func(*args, **kwargs)
        return result
    return wrapper

@validate_input
def my_function(x, y, age=20):
    ...

3. 身份认证

在一些应用场景中，需要对用户进行身份认证，装饰器可以非常方便地实现这一功能。比如：

def authenticate(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        if check_user_auth():
            result = func(*args, **kwargs)
            return result
        else:
            raise Exception("Unauthorized access")
    return wrapper

@authenticate
def my_function(...):
    ...

4. 缓存

对于一些计算量比较大的函数，我们可以使用装饰器来添加缓存机制，避免重复计算。比如：

def cache(func):
    def wrapper(*args):
        if args in wrapper.cache:
            return wrapper.cache[args]
        result = func(*args)
        wrapper.cache[args] = result
        return result
    wrapper.cache = {}
    return wrapper

@cache
def fibonacci(n):
    if n == 0:
        return 0
    elif n == 1:
        return 1
    else:
        return fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2)

5. 数据库连接

在一些应用中，需要频繁地连接数据库，而每次连接都要进行一些初始化工作，这会导致重复的代码。可以通过装饰器来自动化这些初始化工作。比如：

def db_connection(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        conn = get_database_connection()
        cursor = conn.cursor()
        result = func(cursor, *args, **kwargs)
        cursor.close()
        conn.close()
        return result
    return wrapper

@db_connection
def my_function(cursor, ...):
    ...

以上列举的场景只是装饰器的一部分应用，实际上，装饰器可以用于实现很多有趣和有用的功能。虽然装饰器的应用场景很多，但需要注意，过多的装饰器会导致代码变得难以理解和维护，因此需要适量使用。