Python中的装饰器函数实现方法

装饰器是函数式编程中的一种设计模式，它允许程序员在代码中通过注解的形式添加代码，从而扩展已有代码的功能或者为已有代码增加切面功能。

在Python中，装饰器函数是一个高阶函数，它接收一个函数作为参数并返回一个新的函数，在定义函数时使用@关键字来调用装饰器函数。

简单来说，装饰器就是一个函数，它可以接收一个函数作为参数，在原函数的基础上增加某种功能，然后返回一个新函数，新函数既能够执行原函数的功能，又能够实现装饰器增加的这一功能。

下面我们来看一下Python中实现装饰器函数的方法：

1.使用函数的闭包

在Python中，函数可以作为参数，也可以作为返回值。如果一个函数返回一个函数变量并且引用了函数作用域中的变量，则这个内部函数就构成了一个闭包。

在实现装饰器函数时，可以将内部函数作为闭包，然后在内部函数中实现对原函数的增强功能，最后返回内部函数的变量名即可。在调用了装饰器函数后，我们就可以通过函数变量名来访问原函数及其增强功能。

下面是一个简单的装饰器函数示例：

def decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("before func() is called.")
        res = func(*args, **kwargs)
        print("after func() is called.")
        return res

    return wrapper

@decorator
def sample_func():
    print("sample func is called.")

sample_func()

在这个例子中，我们定义了一个装饰器函数decorator，它接收一个函数变量作为参数。在函数内部，我们使用闭包的方式定义了一个wrapper函数，这个函数在原函数执行之前输出了一行before func() is called.，并在原函数执行后输出了一行after func() is called.。

在这个装饰器函数定义之后，我们可以将其应用到另一个函数sample_func上，通过在函数名前加上@decorator的方式实现。然后我们就可以直接调用sample_func了，经过装饰器的加工，它会在执行之前输出“before func() is called.”，执行之后输出“after func() is called.”。

2.使用类实现装饰器

Python中的类也可以实现装饰器的功能，在类中可以使用__call__魔法方法定义一个可调用对象，并在其中添加对原函数的增强功能。在调用时，创建一个类的实例，并将原函数作为参数传入，然后通过实例调用原函数即可。

下面是一个使用类实现装饰器的例子：

class Decorator(object):
    def __init__(self, func):
        self.func = func

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print("before func() is called.")
        result = self.func(*args, **kwargs)
        print("after func() is called.")
        return result

@Decorator
def sample_func():
    print("sample func is called.")

sample_func()

在这个例子中，我们定义了一个名为Decorator的类，它接收一个func参数，在构造函数中保存原函数的引用。在类中，我们定义了一个__call__魔法方法，它接收任意数量的参数和关键字参数，并在方法中添加了对原函数的增强功能。在调用时，我们通过将原函数传入Decorator类的构造函数来实现装饰器的功能。

3.使用functools.wraps

在使用装饰器函数装饰某个函数之后，调用该函数时会返回装饰器函数中定义的函数。如果此时使用help()函数来查看被装饰函数的帮助信息，就会出现以下问题：

>>> help(sample_func)
Help on function wrapper in module __main__:

wrapper(*args, **kwargs)

我们可以看到，help函数返回的帮助信息只包含了装饰器函数中定义的wrapper函数，而没有在wrapper函数中被包装的原函数。为了解决这个问题，Python提供了functools.wraps函数，它可以将被装饰函数的元数据复制到装饰器函数中定义的函数中。

下面是一个使用functools.wraps的例子：

from functools import wraps

def my_decorator(f):
    @wraps(f)
    def wrapper(*args, **kwds):
        print('Calling decorated function')
        return f(*args, **kwds)
    return wrapper

@my_decorator
def example():
    """Docstring for example function."""
    print('Called example function')

print(example.__name__)
print(example.__doc__)

在这个例子中，我们定义了一个my_decorator装饰器函数，并在其中定义了一个wrapper函数。在wrapper函数中，我们先输出字符串“Calling decorated function”，然后调用了原函数f，并返回其返回值。

在使用@my_decorator装饰example函数之后，我们分别输出example.__name__和example.__doc__的值。在使用functools.wraps函数之前，这两个属性的值分别为“wrapper”和“None”，使用之后，它们的值分别为“example”和“Docstring for example function.”。

实现装饰器函数有多种方法，每一种方法都有其独有的优势。使用函数闭包对原函数进行增强可以使代码更简洁，并且容易理解；而使用类实现装饰器则可以使装饰器的功能更加强大，可以使用类中的方法来实现多种功能。另外，使用functools.wraps函数可以避免被装饰函数元数据的丢失，这在开发中非常重要。