Python函数的高级特性（装饰器、闭包等）

Python是一种非常流行的编程语言，它具有易读易写的语法和强大的功能。在Python中，函数是一等公民，可以像变量一样使用。函数的高级特性，如装饰器和闭包，可以帮助我们更加灵活和有效地使用函数，让代码更加简洁、优雅。

一、装饰器

装饰器是Python中的一个重要概念，它可以增强函数的功能，也可以简化代码。装饰器本质上是一个函数，它可以接收其他函数作为参数，并且返回一个新的函数。

1. 简单的装饰器

下面是一个简单的装饰器，用来记录函数执行的时间：

import time

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

@time_it
def my_func():
    time.sleep(1)

my_func()

装饰器通过 @符号来使用，这个符号表明 my_func将会被装饰器 time_it处理。当我们调用 my_func()时，实际上是调用了装饰后的 wrapper函数。这个函数记录了函数执行的时间，并返回函数的结果。

2. 带参数的装饰器

装饰器也可以接收参数，例如：

def repeat(num):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for i in range(num):
                result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper
    return decorator

@repeat(3)
def my_func():
    print("hello")

my_func()

这个装饰器用来重复执行函数多次。我们通过 @repeat(3)来指定重复次数。这样，my_func就会被执行三次，每次输出一句话。

3. 类装饰器

装饰器不仅可以是函数，还可以是类。类装饰器可以实现更加复杂的功能。下面是一个类装饰器的例子：

class Counter:
    def __init__(self, func):
        self.func = func
        self.count = 0
        
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        self.count += 1
        result = self.func(*args, **kwargs)
        print(f"{self.func.__name__} has been called {self.count} times")
        return result

@Counter
def my_func():
    print("hello")

my_func()
my_func()

这个类装饰器用来记录函数被调用的次数。我们通过 @Counter来使用装饰器。每次调用时，都会输出函数被调用的次数。

二、闭包

闭包也是Python函数的一种高级特性。闭包是指函数和运行时的环境变量的组合。具有闭包特性的函数可以访问其外部作用域中的变量，即使这些变量已经不在该作用域范围内。这种特性在Python中很常见，例如在回调函数中经常使用。

1. 闭包基本用法

下面是一个闭包的例子：

def outer_func():
    message = "hello"
    
    def inner_func():
        print(message)
        
    return inner_func

my_func = outer_func()
my_func()

这个例子中，inner_func是内部函数，outer_func是外部函数。inner_func引用了 message 变量，而 message 变量实际上在 outer_func 中定义。outer_func返回了 inner_func，我们将其赋值给 my_func。当我们调用 my_func() 时，它实际上是调用了 inner_func，输出了 "hello" 消息。

2. 闭包的应用

闭包在Python中广泛使用，例如在装饰器中使用闭包可以实现更加强大的功能。下面是一个闭包实现计数器的例子：

def counter(initial_value):
    count = initial_value
    def inc():
        nonlocal count
        count += 1
        return count
    return inc

my_counter = counter(0)
print(my_counter())
print(my_counter())

这个例子中，counter 函数返回了内部函数 inc，并且可以访问 count 变量。我们将其中一个返回的函数赋值给变量 my_counter，之后每次调用 my_counter()，都会返回一个计数器增加后的值。

结束语

装饰器和闭包是Python函数的高级特性，可以让我们写出更加高效、优雅的代码。需要注意的是，在使用装饰器和闭包时，需要注意作用域和变量的访问权限，以免产生意外的错误。