Python中扩展函数功能的装饰器

装饰器是Python中的一个强大的功能，它允许我们在不改变已有代码的情况下，为其添加一些额外的功能。扩展函数功能的装饰器不仅可以使代码更加优雅和易于阅读，还可以增强其可复用性和可扩展性。

装饰器的基本原理是将一个函数作为参数传入另一个函数，并返回一个函数。这个返回的函数可以包含原始函数的功能，也可以添加一些额外的功能。

下面是一个简单的例子，展示如何实现一个简单的装饰器：

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Before function is called.")
        func()
        print("After function is called.")
    return wrapper

@my_decorator
def my_function():
    print("Function is called.")

my_function()

输出结果为：

Before function is called.
Function is called.
After function is called.

在上述示例中，my_decorator是一个装饰器函数，它接受一个函数作为参数，并返回一个嵌套函数wrapper。在wrapper中添加了一些额外的功能，以增强原始函数的功能。@my_decorator是一个装饰器语法糖，用于将装饰器应用于my_function函数。

扩展函数功能的装饰器可以用于添加缓存，验证输入，计时等额外的功能。下面是一些例子：

1. 计时器装饰器

import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print(f"Time taken: {end_time - start_time:.6f}s")
        return result
    return wrapper

@timer
def my_function():
    time.sleep(1)

my_function()

输出结果为：

Time taken: 1.000793s

在上述示例中，timer是一个计时器装饰器，它接受一个函数作为参数，并返回一个嵌套函数wrapper。在wrapper中添加了计时器的功能。

2. 缓存装饰器

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

@cache
def fibonacci(n):
    if n < 2:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)

print(fibonacci(10))
print(fibonacci(15))
print(fibonacci(10))

输出结果为：

55
610
55

在上述示例中，cache是一个缓存装饰器，它接受一个函数作为参数，并返回一个嵌套函数wrapper。在wrapper中添加了缓存的功能，以避免重复计算。

3. 验证装饰器

def validate_input(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        for arg in args:
            if not isinstance(arg, int):
                raise TypeError(f"Argument {arg} is not an integer.")
        for kwarg, value in kwargs.items():
            if not isinstance(value, int):
                raise TypeError(f"Argument {value} for {kwarg} is not an integer.")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@validate_input
def add_numbers(a, b, c):
    return a + b + c

print(add_numbers(1, 2, 3))
print(add_numbers(1, '2', c='3'))

输出结果为：

6
Traceback (most recent call last):
  File "example.py", line 17, in <module>
    print(add_numbers(1, '2', c='3'))
  File "example.py", line 5, in wrapper
    raise TypeError(f"Argument {arg} is not an integer.")
TypeError: Argument 2 is not an integer.

在上述示例中，validate_input是一个验证装饰器，它接受一个函数作为参数，并返回一个嵌套函数wrapper。在wrapper中添加了输入验证的功能，以确保输入的参数都是整数类型。

总结：

扩展函数功能的装饰器是Python中一个强大的特性，它允许我们在不改变已有代码的情况下，为其添加一些额外的功能，增强代码的可读性、可复用性和可扩展性。通过实例的介绍，我们可以看到装饰器可以用于添加计时器、缓存、验证输入等各种功能，使代码更加优雅和可靠。