Python高级函数：装饰器的用法和应用场景

装饰器是Python中非常强大的一种高级函数，它可以在不修改原函数代码的情况下，对函数进行功能扩展、修饰和包装。本文将详细介绍装饰器的用法和常见的应用场景。

一、装饰器的基本概念

装饰器是一种函数，它可以接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。通过在原函数的定义上添加@装饰器名，就可以在调用原函数时，自动执行装饰器函数。

装饰器的作用是对原函数的功能进行增强或者修改，同时不修改原函数的源代码。装饰器可以用来实现缓存、日志记录、权限验证等一系列功能。

二、装饰器的基本用法

下面我们通过一个简单的例子来介绍装饰器的基本用法。

def decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("函数执行之前")
        result = func(*args, **kwargs)
        print("函数执行之后")
        return result
    return wrapper

@decorator
def hello(name):
    print("Hello, " + name)

hello("Python")

输出结果：

函数执行之前

Hello, Python

函数执行之后

在上述代码中，我们定义了一个装饰器函数decorator，它接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数wrapper。在wrapper函数中，我们可以实现对原函数的功能扩展或者修改。在调用原函数之前和之后，我们可以执行一些额外的操作，比如输出一些日志信息。

通过在原函数的定义上添加@decorator，就可以在调用hello函数时，自动执行decorator函数。这样可以实现对hello函数功能的增强，而不需要修改原函数的定义。

三、装饰器的应用场景

1. 授权验证

装饰器可以用来实现权限的验证。通过在装饰器中添加判断逻辑，可以检查用户的访问权限，只有具备权限的用户才能访问被装饰的函数。

def permission_required(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        if check_permission():
            return func(*args, **kwargs)
        else:
            raise Exception("Permission denied")
    return wrapper

@permission_required
def hello(username):
    print("Hello, " + username)

hello("admin")

2. 缓存

装饰器可以用来实现函数的缓存功能。通过在装饰器中添加缓存逻辑，可以避免重复计算，提高函数的执行效率。

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

@cache
def fib(n):
    if n < 2:
        return n
    else:
        return fib(n-1) + fib(n-2)

print(fib(10))

3. 日志记录

装饰器可以用来实现函数的日志记录功能。通过在装饰器中添加日志输出逻辑，可以记录函数的执行时间、参数、返回值等相关信息。

import logging
from functools import wraps
logger = logging.getLogger(__name__)

def log(func):
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        logger.info("Function {} start".format(func.__name__))
        result = func(*args, **kwargs)
        logger.info("Function {} finished".format(func.__name__))
        return result
    return wrapper

@log
def hello(name):
    print("Hello, " + name)

hello("Python")

通过在装饰器中使用Python内置的logging模块，可以方便地实现函数的日志记录功能。同时，使用functools模块中的wraps函数，可以保留原函数的元信息，避免产生冲突。

四、总结

装饰器是Python中非常强大的一种高级函数。它可以在不修改原函数代码的情况下，对函数进行功能扩展、修饰和包装。装饰器可以用来实现授权验证、缓存、日志记录等一系列功能。掌握装饰器的基本用法和常见的应用场景，对于提高编程效率和代码的可维护性有着重要的作用。