Python中的装饰器：如何使用函数修饰器进行函数扩展？

装饰器是Python中非常强大和有用的概念。它允许我们在不修改原始函数代码的情况下，对函数进行扩展或修改。

在Python中，函数是一等公民，可以像变量一样进行操作。这意味着我们可以将函数作为参数传递给其他函数，并将函数作为返回值从函数中返回。这种特性使得我们能够使用装饰器来修改或增强函数的行为。

装饰器本质上是一个函数，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个新函数包装了原始函数，并可以在原始函数执行前后执行额外的代码。这种机制称为函数的修饰。

下面让我们来看一个简单的例子，演示如何使用装饰器来进行函数扩展。

def uppercase_decorator(func):
    def wrapper():
        result = func()
        return result.upper()
    return wrapper

@uppercase_decorator
def greeting():
    return 'hello, world!'

print(greeting())

在上面的例子中，我们定义了一个装饰器函数uppercase_decorator，它接受一个函数func作为参数，并返回一个新的函数wrapper。

wrapper函数是装饰器的核心，它在原始函数执行之前和之后执行额外的代码。在这个例子中，wrapper函数调用了原始函数func并将结果转换为大写，然后返回结果。

要应用装饰器，我们使用@符号，后跟装饰器函数的名称。在上面的例子中，我们使用@uppercase_decorator装饰了greeting函数。

当我们调用greeting函数时，实际上是调用了被装饰器修改后的wrapper函数。这样，原始函数的行为被扩展了，它现在会将返回值转换为大写。

运行上面的代码，输出结果应该是HELLO, WORLD!。

以上只是一个简单的例子，实际上，装饰器的应用场景非常广泛。它可以用来实现日志记录、性能分析、输入验证、授权检查等功能。

例如，我们可以定义一个用于记录函数执行时间的装饰器：

import time

def timer_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        execution_time = end_time - start_time
        print(f"Function {func.__name__} executed in {execution_time} seconds.")
        return result
    return wrapper

@timer_decorator
def calculate_sum(a, b):
    time.sleep(1)
    return a + b

print(calculate_sum(3, 4))

在上面的例子中，我们定义了一个装饰器函数timer_decorator，它接受一个函数func作为参数，并返回一个新的函数wrapper。

wrapper函数接受任意数量的位置参数*args和关键字参数**kwargs，这样它可以适应被装饰函数的任意参数列表。

在wrapper函数中，我们使用time模块来记录原始函数的执行时间，并打印出来。

然后，我们应用了装饰器@timer_decorator来装饰calculate_sum函数。

运行上面的代码，输出结果应该是7，并且会打印出Function calculate_sum executed in 1.0001349449157715 seconds.。

装饰器是Python中非常强大和灵活的机制，它可以极大地提高我们在开发过程中的代码重用性和可维护性。通过合理地使用装饰器，我们可以轻松地扩展和修改函数的行为，而不需要修改原始函数的代码。