Python函数装饰器：如何使用装饰器来优化代码，实现代码重用？

Python函数装饰器是一种优化代码结构和实现代码重用的方法。它可以在不改变原有函数定义的情况下，为函数添加额外功能或修改函数的行为。装饰器实际上是一个函数，它接受一个函数作为参数，并返回一个经过改变的新函数。

使用装饰器可以实现以下几个方面的优化和重用代码的目的：

1. 代码复用：装饰器可以将一些通用的功能抽离出来，形成一个装饰器函数，然后将这个装饰器函数应用到多个函数上，从而实现代码的复用。这样可以避免在每个函数中重复编写相同的代码。

例如，我们可以定义一个装饰器函数@logger来为函数添加日志记录功能：

def logger(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f'Calling function {func.__name__} with arguments: {args}, {kwargs}')
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@logger
def add(a, b):
    return a + b

@logger
def subtract(a, b):
    return a - b

在上面的例子中，@logger装饰器函数将会将被装饰的函数的执行过程打印出来。我们可以通过调用add和subtract函数来查看装饰器的效果：

>>> add(1, 2)
Calling function add with arguments: (1, 2)
3
>>> subtract(5, 3)
Calling function subtract with arguments: (5, 3)
2

通过装饰器函数@logger，我们为add和subtract函数添加了日志记录的功能，而不需要修改这两个函数的定义。

2. 修改函数行为：装饰器还可以改变被装饰函数的行为，比如修改函数的参数或返回值。这种方式可以用于实现缓存、验证等功能。

例如，我们可以定义一个装饰器函数@cache来为函数添加缓存功能：

def cache(func):
    cache = {}

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

    return wrapper

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

在上面的例子中，@cache装饰器函数会使用一个字典来保存函数的输入参数和对应的计算结果，如果函数再次调用的参数相同，装饰器将直接返回缓存的结果，避免重复计算。

通过装饰器函数@cache，我们为fibonacci函数添加了缓存功能，并且不需要修改fibonacci函数的定义。

3. 动态修改类的方法：装饰器不仅可以应用于普通函数，也可以应用于类的方法，并且可以动态修改方法的行为。

例如，我们可以定义一个装饰器函数@uppercase来将类的方法的字符串参数转换为大写：

def uppercase(func):
    def wrapper(self, text):
        return func(self, text.upper())
    return wrapper

class TextProcessor:
    @uppercase
    def process(self, text):
        return text

在上面的例子中，@uppercase装饰器函数会将process方法的text参数转换为大写，然后再调用原始的process方法。

通过装饰器函数@uppercase，我们为TextProcessor类的process方法添加了自动大写的功能，而不需要修改类的定义。

以上是使用装饰器来优化代码和实现代码重用的几个例子。装饰器提供了一种简洁的方式来为函数和类的方法添加额外功能，同时保持原始函数和方法的定义，使代码更具可读性和可维护性。