Python中的装饰器：对函数的功能进行扩展

Python中的装饰器是一种非常有用的功能，它能够让开发者对现有函数的功能进行扩展，而不需要修改原来的函数代码。在Python中，装饰器可以理解为一个函数或者类，它可以在不改变原函数代码的情况下，对原函数进行一些功能上的增强或修改。本文将会介绍Python中的装饰器及其使用方法。

一、 装饰器的定义

在普通函数定义前加上 @ 符号，并在其后面加上装饰器的名称，就可以把该函数注册为被装饰器所装饰的函数。简单来说，装饰器就是一个函数，可以接收一个函数作为参数，并返回一个新的函数。

例如，我们可以定义一个简单的装饰器，它可以在函数执行前后打印出当前时间：

import time

def time_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print('当前时间：%s' % time.ctime())
        res = func(*args, **kwargs)
        print('当前时间：%s' % time.ctime())
        return res
    return wrapper

在这个例子中，time_decorator是装饰器的名称，func是需要被装饰的函数，wrapper是装饰器所返回的新函数。

二、 装饰器的应用

1. 统计函数执行时间

利用装饰器，我们可以方便地统计一个函数的执行时间，例如：

import time

def time_it(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print('函数 %s 的执行时间为 %f 秒' % (func.__name__, end - start))
        return result
    return wrapper

@time_it
def test_func():
    for i in range(100000):
        pass

test_func()

该函数会输出：

函数 test_func 的执行时间为 0.006873 秒

2. 实现权限验证

在Web应用程序开发中，我们需要对用户进行权限验证，以保护用户的数据不被其他用户恶意访问。此时，我们可以使用装饰器实现权限验证的功能。

假设我们定义了一个需要被验证权限才能够访问的函数user_info()，那么我们可以通过如下装饰器实现用户的权限验证：

def permission_check(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        if session.get('user_id'):
            return func(*args, **kwargs)
        else:
            return '用户没有权限访问该页面'
    return wrapper

@app.route('/user_info')
@permission_check
def user_info():
    pass

在这个例子中，permission_check就是一个装饰器，如果用户已经登录，那么就允许执行user_info()函数；否则就返回一个错误信息。

3. 缓存函数结果

有时，我们会发现一个函数的执行结果不随时间或参数变化，那么我们就可以使用缓存技术，避免反复计算相同结果。这时，我们就可以使用装饰器来实现函数结果的缓存。

例如，我们可以定义一个缓存装饰器，用于缓存函数的结果：

def cache(func):
    saved = {}
    def wrapper(*args):
        if args not in saved:
            saved[args] = func(*args)
        return saved[args]
    return wrapper

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

print([fibonacci(n) for n in range(7)])

在这个例子中，我们定义了一个缓存装饰器cache，它使用一个字典saved来记录函数的执行结果。在该装饰器中，如果函数的参数已经在saved中存在，则直接返回对应结果；否则，就调用函数计算结果，并保存在saved中。这样，下一次调用函数时，就可以直接返回结果了。

三、 装饰器的注意事项

在使用装饰器时，需要注意以下事项：

1. 装饰器只能修饰函数或方法。

2. 装饰器的返回值必须是一个函数。

3. 装饰器会影响函数的元信息，例如函数的名称，docstring，参数列表等。

4. 装饰器可以有多个，应该按照从上到下的顺序依次执行。

四、 装饰器的小结

Python中的装饰器是一种非常方便的工具，它可以扩展现有函数的功能，而不需要修改函数本身的代码。利用装饰器，我们可以更加灵活地进行函数封装和调用，同时，也可以把一些通用的非业务代码抽取出来，避免重复编写。同时，需要注意的是，装饰器会影响一些函数的元信息，如函数名、参数列表等，因此在使用时需要谨慎处理。