如何使用Python中的装饰器函数来扩展函数的功能？

装饰器是 Python 编程语言的一个重要特性，用于为现有函数添加额外的功能，而无需修改现有代码。使用装饰器可以为函数添加日志记录、计时器、输入验证等功能。在本文中，我们将讨论什么是装饰器、装饰器的语法和用法，以及如何在 Python 中使用装饰器函数扩展函数的功能。

什么是装饰器？

装饰器是 Python 中的一个特殊语法。它允许程序员定义一个函数或类，这个函数或类可以接收一个函数作为参数，并且返回另一个函数。这个返回的函数包装了原函数，添加了额外的功能，比如修改参数、返回值等等。

装饰器的语法

在 Python 中，装饰器是一个函数，它接受一个函数对象作为参数，并返回一个新的函数对象。以下是一个简单的装饰器示例：

def my_decorator(func):
    def wrapper():
        print("Something is happening before the function is called.")
        func()
        print("Something is happening after the function is called.")
    return wrapper

def say_hello():
    print("Hello!")

# 使用装饰器
say_hello = my_decorator(say_hello)
say_hello()

输出结果：

Something is happening before the function is called.
Hello!
Something is happening after the function is called.

可以看出，使用装饰器可以在函数被调用的前后添加额外的功能。在上面的例子中，装饰器定义了一个名为 my_decorator 的函数，在函数中定义了一个 wrapper 函数，并在 wrapper 函数中添加了额外的功能。最后，my_decorator 函数将 wrapper 函数返回，从而包装了原函数。

装饰器的用法

装饰器使用起来非常方便，只需在函数定义前添加装饰器即可。可以使用 @ 符号将装饰器应用于函数：

@my_decorator
def say_hello():
    print("Hello!")

在这个例子中， @my_decorator 实际上等同于 say_hello = my_decorator(say_hello)，即将 say_hello 函数包装在 my_decorator 函数中，从而添加额外的功能。

装饰器函数的参数

有时候，我们希望装饰器函数能够接收参数，从而可以定制装饰器的行为。在这种情况下，需要在装饰器函数中嵌套一个函数。

以下是一个接受参数的装饰器示例：

def repeat(num):
    def my_decorator(func):
        def wrapper():
            for i in range(num):
                func()
        return wrapper
    return my_decorator

@repeat(4)
def say_hello():
    print("Hello!")

say_hello()

在这个例子中，repeat 函数接受一个参数 num，并返回一个装饰器函数 my_decorator。在 my_decorator 函数中定义了一个 wrapper 函数，它将原函数调用 num 次。最后，my_decorator 函数将 wrapper 函数返回，从而添加额外的功能。

扩展函数的功能

现在我们可以使用装饰器来扩展函数的功能了。以下是一个添加计时器功能的装饰器示例：

import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print(f"Function {func.__name__} took {(end_time - start_time) * 1000:.6f} ms")
        return result
    return wrapper

@timer
def fibonacci(num):
    if num in (0, 1):
        return num
    else:
        return fibonacci(num - 1) + fibonacci(num - 2)

fibonacci(35)

在这个例子中，我们定义了一个名为 timer 的装饰器函数，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数对象 wrapper。在 wrapper 函数中，我们使用了 Python 的 time 模块来计算函数的运行时间，并在函数运行结束后打印出来。最后，返回原函数的返回值。

作为真实的例子，我们使用 fibonacci 函数来测试装饰器的效果。在 次调用 fibonacci(35) 时，控制台输出了以下信息：

Function fibonacci took 3611.918878 ms

可以看出，使用装饰器成功地扩展了 fibonacci 函数的功能，添加了计时器功能。

结论

使用装饰器可以为函数添加额外的功能，如计时器、日志记录、输入验证等。在 Python 中，装饰器是一个重要的特性，使程序员可以轻松地扩展现有函数的功能，而无需修改现有代码。本文介绍了装饰器的语法和用法，并提供了一个示例，展示了如何使用装饰器函数来扩展函数的功能。