如何使用装饰器扩展Python函数功能？

Python装饰器是一个很有用的功能，它允许在不改动原函数代码的前提下，对其行为进行扩展或者修改。使用装饰器，可以很轻松地在函数执行前和执行后添加新的行为、增加新的逻辑或者清理执行环境等。本文将介绍如何使用装饰器扩展Python函数功能。

1. 引入

装饰器是一种自带语法糖的函数，它可以接受一个函数作为参数并返回一个新的函数，用于扩展或修改原函数的行为。装饰器为函数添加了一些额外的代码，以便在无需修改原函数的情况下增强其行为。使用装饰器可以让代码更加简洁、优雅，且易于维护。

2. 如何编写装饰器

当我们需要扩展函数的功能时，可以使用装饰器。借用一个例子来说明。我们有一个函数打印出“Hello World!”：

def hello():
    print("Hello World!")

现在我们想要在函数执行前或者执行后打印出一些额外的信息，我们可以采用下面的装饰器代码：

def log(func):
    def wrapper():
        print("before func")
        func()
        print("after func")
    return wrapper

@log
def hello():
    print("Hello World!")

现在，当我们调用hello()函数时，输出如下：

before func
Hello World!
after func

如上所述，log函数是一个装饰器，它接受一个函数作为参数（在本例中是hello函数），并返回一个新函数wrapper。wrapper函数会在原函数（hello函数）被调用之前和之后执行一些额外的代码，从而实现了扩展原函数的目的。

3. 装饰器的应用

下面我们来看几个使用装饰器扩展Python函数功能的例子。

3.1 计时函数调用

我们可以使用装饰器来计算一个函数的运行时间：

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 to run.")
        return result
    return wrapper

@time_it
def some_function(a, b, c):
    time.sleep(1)
    return a + b + c

result = some_function(1, 2, 3)

运行结果为：

some_function took 1.0004949569702148 seconds to run.

3.2 处理错误信息

我们可以使用装饰器来处理错误信息：

def catch_error(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        try:
            return func(*args, **kwargs)
        except Exception as e:
            print(f"Error: {e}")
            return None
    return wrapper

@catch_error
def divide(a, b):
    return a / b

result = divide(10, 0)

运行结果为：

Error: division by zero

由于我们使用了装饰器来捕获异常，所以程序不会抛出异常，而是返回None。

3.3 记录日志

我们可以使用装饰器将函数调用记录到日志中：

import logging

logging.basicConfig(filename="myapp.log", level=logging.INFO)

def log_call(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logging.info(f"Calling {func.__name__}({args}, {kwargs})")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@log_call
def square(x):
    return x ** 2

result = square(5)

运行结果为：

INFO:root:Calling square((5,), {})

4. 结论

使用装饰器扩展Python函数功能是一个很方便实用的技巧，它可以有效地增强代码的可重复使用性和简洁性。在实际应用中，我们可以使用装饰器来进行日志记录、错误处理、对函数进行计时等。使用装饰器，我们可以在不修改原函数代码的情况下，轻松地添加新的行为或者删除旧的行为，从而让代码更加清晰易懂，提高代码的可读性和维护性。