如何使用Python中的装饰器函数实现函数扩展功能？

装饰器是一种特殊的函数，它可以在不修改原始函数的情况下，对其进行扩展或修改功能。在Python中，装饰器函数使用@符号来定义，它可以被用于包装其他函数。

要理解装饰器的作用，首先需要了解闭包（closure）的概念。闭包是指一个函数对象，它引用了自由变量，这些变量的值在函数定义时是未定义的，但在函数被调用时是定义的。装饰器可以利用闭包功能来将额外的代码添加到被装饰函数的前后。

下面我们将具体介绍如何使用装饰器函数实现函数扩展功能。

1. 最基本的装饰器

最基本的装饰器只是将被装饰函数包装在一个新的函数内部，如下所示：

def decorator_func(func):
    def wrapper_func(*args, **kwargs):
        # 在被装饰函数执行前添加的额外功能
        print("Before function is called")
        # 调用被装饰函数
        result = func(*args, **kwargs)
        # 在被装饰函数执行后添加的额外功能
        print("After function is called")
        # 返回被装饰函数的结果
        return result
    # 返回装饰后的函数
    return wrapper_func

使用以上装饰器时，只需要在需要被装饰的函数前添加@decorator_func即可。如下所示：

@decorator_func
def my_func():
    print("Hello, World!")

这样，在调用my_func()时，装饰器函数会在函数执行前后添加额外的功能。

2. 接受参数的装饰器

有时，我们需要自定义装饰器的行为，可以在装饰器函数内部定义一个带有装饰器参数的函数，如下所示：

def decorator_with_args(arg1, arg2):
    def decorator_func(func):
        def wrapper_func(*args, **kwargs):
            print("Decorator arguments:", arg1, arg2)
            result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper_func
    return decorator_func

使用装饰器时，可以在@decorator_with_args(arg1, arg2)中传递参数，然后根据参数来定义装饰器的行为。

3. 类装饰器

除了函数装饰器，Python还支持类装饰器。类装饰器是一个类对象，它可以在被装饰函数上调用__call__方法来实现装饰的功能。

下面是一个例子：

class DecoratorClass:
    def __init__(self, func):
        self.func = func

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print("Before function is called")
        result = self.func(*args, **kwargs)
        print("After function is called")
        return result

使用类装饰器时，只需要将装饰器对象作为装饰器函数使用即可：

@DecoratorClass
def my_func():
    print("Hello, World!")

这样，在调用my_func()时，类装饰器的__call__方法会被调用，从而实现装饰器的功能。

总结：

装饰器是Python中非常强大的特性，它可以很方便地对函数进行扩展和修改。通过使用闭包和装饰器语法糖@，我们可以轻松地在不修改原始函数的情况下，为函数添加额外的功能。装饰器可以用于日志记录、性能分析、缓存等场景，极大地提高了代码的可复用性和可维护性。