函数的装饰器：如何使用Python装饰器改变函数行为

Python的装饰器（Decorator）是一种特殊的函数，可以包装其他函数并修改它们的行为。装饰器可以在不改变被装饰函数源代码的情况下，添加额外的功能或功能组件。这种方式可以节省代码量并提高可维护性，是Python编程中非常强大的工具。

使用装饰器可以将一个函数赋值给一个变量，这样就可以轻松地再次调用该函数，直到变量的值被重新赋值。要定义一个装饰器，需要使用一个函数，并用该函数来包装其他函数。例如，下面是一个简单的装饰器函数：

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

这个装饰器函数包含了一个内部函数wrapper()和一个外部函数my_decorator()。wrapper()函数是通过装饰器包装的函数，它将调用被装饰函数前后要添加的任何代码。参数func是要被装饰的函数，它会在wrapper()函数内部被调用。装饰器函数my_decorator()返回wrapper()函数，以便可以在其他函数中使用该装饰器。

然后，可以将装饰器应用到其他函数中。例如：

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

这里，使用了@my_decorator语法将装饰器应用到say_hello()函数上。现在，每次调用say_hello()函数时，都会添加前缀和后缀。例如：

say_hello()

# Output:
# Something is happening before the function is called.
# Hello!
# Something is happening after the function is called.

当你不再想使用该装饰器时，可以将之从函数中删除。例如：

del my_decorator

下面是一些其他有用的例子，可以使用装饰器来改变函数行为：

1. 计时器

装饰器可以用于创建计时器来评估程序执行时间：

import time

def timer(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print("Function execution time: {0} seconds".format(end_time - start_time))
        return result
    return wrapper

@timer
def factorial(num):
    if num == 1:
        return 1
    else:
        return num * factorial(num-1)

factorial(5)

上述代码中，timer()装饰器函数包装了factorial()函数，测量其执行时间，并输出结果。注意，在wrapper()函数定义中，使用了*args和**kwargs来可以处理任何参数类型。

2. 身份验证

装饰器可以用于身份验证，以确保某些操作只执行于经过身份验证的用户：

def authenticated_only(func):
    def wrapper(username, *args, **kwargs):
        if username != "admin":
            raise Exception("You are not authorized!")
        else:
            return func(username, *args, **kwargs)
    return wrapper

@authenticated_only
def delete_user(username):
    print("User {0} has been deleted.".format(username))

delete_user("admin")  # Output: User admin has been deleted.
delete_user("user")   # Exception: You are not authorized!

上述代码中，authenticated_only()装饰器函数包装了delete_user()函数，检查用户名是否为“admin”，如果不是，则生成异常。注意，使用了*args和**kwargs以支持可变参数。

3. 日志记录

装饰器可以用于记录函数调用信息，以用于调试和错误跟踪：

def log_function_call(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Function {0} called with arguments {1}, {2}".format(func.__name__, args, kwargs))
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@log_function_call
def multiply(x, y):
    return x * y

multiply(2, 3)

上述代码中，log_function_call()装饰器函数包装了multiply()函数，并输出其调用信息。注意，使用了*args和**kwargs来使其适用于可变参数。

4. 缓存结果

装饰器可以用于缓存函数结果，以避免重复计算：

def memoize(func):
    memory = {}
    def wrapper(*args):
        if args in memory:
            return memory[args]
        else:
            result = func(*args)
            memory[args] = result
            return result
    return wrapper

@memoize
def factorial(num):
    if num == 1:
        return 1
    else:
        return num * factorial(num-1)

factorial(5)

上述代码中，使用了一个内部的字典memory，记录了已经计算过的结果。如果要计算的参数已经在缓存中，则直接返回结果，否则计算并将结果存储在缓存中。注意，装饰器函数memoize()需要返回内部的wrapper()函数。

装饰器是Python编程中非常强大的工具，可以极大地提高代码的可维护性和可重用性。Python中的许多模块和框架都使用装饰器来增强其功能。掌握装饰器是Python编程中的重要一步，希望这篇文章能帮你了解装饰器的基本知识和应用。