Python高级函数：装饰器的使用和设计模式

装饰器是Python中一种非常常见的高级函数，它可以在不修改原函数代码的情况下，给函数增加额外的功能。装饰器函数通常会接收一个被装饰的函数作为参数，并返回一个新的被装饰过的函数。装饰器的主要作用是为函数提供装饰、增强功能，使得函数能够更加灵活、可扩展。

装饰器可以用于很多场景，比如记录日志、计时、权限验证等。一个简单的装饰器示例是记录函数运行时间的装饰器。下面是一个示例代码：

import time

def timeit(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print("函数 {} 运行时间：{} 秒".format(func.__name__, end - start))
        return result
    return wrapper

@timeit
def my_func():
    time.sleep(1)
    print("这是一个装饰过的函数")

my_func()

在上面的代码中，timeit 是一个装饰器函数，它接收一个函数作为参数，返回一个新的函数 wrapper。wrapper 函数会在被装饰的函数运行前后记录运行时间，并输出到控制台。

在使用装饰器时，我们可以使用 @ 符号将装饰器应用到函数上，这样就不需要再手动调用装饰器函数了。在上面的代码中，@timeit 表示将 timeit 装饰器应用到 my_func 函数上。

除了使用 @ 符号来应用装饰器，我们还可以使用它的语法糖 @decorator，相当于 decorated_func = decorator(decorated_func)。这个语法糖使得代码更加简洁明了。

除了常见的装饰器用法外，我们还可以自定义装饰器，以实现更加灵活的功能。以下是一个自定义装饰器的示例代码：

def decorator_with_args(arg1, arg2):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print("装饰器参数：{}, {}".format(arg1, arg2))
            return func(*args, **kwargs)
        return wrapper
    return decorator

@decorator_with_args("Hello", "World")
def my_func():
    print("这是一个装饰过的函数")

my_func()

在上面的代码中，decorator_with_args(arg1, arg2) 是一个带参数的装饰器，它返回一个装饰器函数 decorator。在 decorator 函数内部，我们定义了装饰器的具体功能。在这个例子中，我们只是简单地打印出装饰器参数。我们可以通过 @decorator_with_args(arg1, arg2) 的形式来应用这个装饰器。

设计模式是一种常用的解决问题的模式，它是一种经过实践和总结的经验，可以用于解决特定问题或提供可复用的解决方案。在Python中，装饰器常常被用来实现一些常用的设计模式。

例如，单例模式是一种常见的设计模式，它用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。下面是一个使用装饰器实现单例模式的示例代码：

def Singleton(cls):
    instances = {}
    def wrapper(*args, **kwargs):
        if cls not in instances:
            instances[cls] = cls(*args, **kwargs)
        return instances[cls]
    return wrapper

@Singleton
class MyClass:
    def __init__(self):
        pass

a = MyClass()
b = MyClass()

print(a is b)  # True

在上面的代码中，Singleton 是一个装饰器函数，它接收一个类作为参数，并返回一个新的类 wrapper。在 wrapper 函数内部，我们使用字典 instances 来保存每个类的实例。如果类实例不存在，我们就创建一个新的实例并保存在字典中，否则就返回已存在的实例。

通过使用装饰器实现单例模式，我们可以确保一个类只有一个实例，并且可以在任何地方通过访问点获取这个实例。

总结一下，装饰器是Python中一种非常常见和有用的高级函数。它可以在不修改原函数代码的情况下，给函数增加额外的功能。装饰器的使用可以大大简化代码，并提高代码的可读性和性能。此外，装饰器还可以用于实现一些常见的设计模式，使得代码更加灵活和可扩展。当你学会了如何使用装饰器之后，相信你会对Python的高级函数有更深入的理解和应用。