Python教程(二十五):装饰器–函数的高级用法
wptr33 2025-08-05 21:49 27 浏览
今天您将学习什么
- 什么是装饰器以及如何创建装饰器
 - 函数装饰器和类装饰器
 - 带参数的装饰器
 - 装饰器的实际应用
 - 真实世界示例:日志记录、性能监控、缓存、权限验证
 
什么是装饰器?
装饰器是Python中的一种设计模式,它允许您在不修改原函数代码的情况下,为函数添加新的功能。装饰器本质上是一个函数,它接受一个函数作为参数,并返回一个新的函数。
装饰器的优势:
- 代码复用:相同的功能可以应用到多个函数
 - 代码分离:核心逻辑和横切关注点分离
 - 可读性:使用@语法使代码更清晰
 - 灵活性:可以动态地添加或移除功能
 
1. 基本装饰器
简单装饰器
def timer_decorator(func):
    """计时装饰器"""
    import time
    
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print(f"{func.__name__} 执行时间:{end_time - start_time:.4f}秒")
        return result
    
    return wrapper
def log_decorator(func):
    """日志装饰器"""
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"调用函数:{func.__name__}")
        print(f"参数:args={args}, kwargs={kwargs}")
        result = func(*args, **kwargs)
        print(f"返回值:{result}")
        return result
    
    return wrapper
# 使用装饰器
@timer_decorator
@log_decorator
def fibonacci(n):
    """计算斐波那契数列"""
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci(n-1) + fibonacci(n-2)
# 等价于:
# fibonacci = timer_decorator(log_decorator(fibonacci))
# 测试装饰器
print("计算斐波那契数列第5项:")
result = fibonacci(5)
print(f"结果:{result}")保留函数元信息
from functools import wraps
def preserve_metadata(func):
    """保留函数元信息的装饰器"""
    @wraps(func)  # 保留原函数的元信息
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"调用函数:{func.__name__}")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper
@preserve_metadata
def greet(name):
    """问候函数"""
    return f"你好,{name}!"
# 测试元信息保留
print(f"函数名:{greet.__name__}")
print(f"函数文档:{greet.__doc__}")
print(f"函数调用:{greet('张三')}")2. 带参数的装饰器
装饰器工厂
def repeat(times):
    """重复执行装饰器"""
    def decorator(func):
        @wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for i in range(times):
                print(f"第{i+1}次执行:")
                result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper
    return decorator
def retry(max_attempts=3, delay=1):
    """重试装饰器"""
    import time
    
    def decorator(func):
        @wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for attempt in range(max_attempts):
                try:
                    return func(*args, **kwargs)
                except Exception as e:
                    if attempt == max_attempts - 1:
                        print(f"最终失败:{e}")
                        raise
                    print(f"第{attempt + 1}次尝试失败:{e},{delay}秒后重试...")
                    time.sleep(delay)
        return wrapper
    return decorator
@repeat(3)
def say_hello(name):
    """问候函数"""
    print(f"你好,{name}!")
    return "问候完成"
@retry(max_attempts=3, delay=1)
def risky_function():
    """有风险的函数"""
    import random
    if random.random() < 0.7:
        raise ValueError("随机错误")
    return "成功!"
# 测试带参数的装饰器
print("=== 重复执行装饰器 ===")
say_hello("李四")
print("\n=== 重试装饰器 ===")
try:
    result = risky_function()
    print(f"结果:{result}")
except Exception as e:
    print(f"最终失败:{e}")真实世界示例1:性能监控装饰器
import time
import functools
from collections import defaultdict
class PerformanceMonitor:
    """性能监控器"""
    
    def __init__(self):
        self.stats = defaultdict(list)
    
    def monitor(self, func):
        """性能监控装饰器"""
        @functools.wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            start_time = time.time()
            start_memory = self._get_memory_usage()
            
            try:
                result = func(*args, **kwargs)
                success = True
            except Exception as e:
                result = None
                success = False
                raise
            finally:
                end_time = time.time()
                end_memory = self._get_memory_usage()
                
                execution_time = end_time - start_time
                memory_used = end_memory - start_memory
                
                self.stats[func.__name__].append({
                    'execution_time': execution_time,
                    'memory_used': memory_used,
                    'success': success,
                    'timestamp': time.time()
                })
            
            return result
        return wrapper
    
    def _get_memory_usage(self):
        """获取内存使用量(简化版)"""
        import psutil
        try:
            return psutil.Process().memory_info().rss / 1024 / 1024  # MB
        except ImportError:
            return 0
    
    def get_stats(self, func_name=None):
        """获取统计信息"""
        if func_name:
            return self.stats.get(func_name, [])
        return dict(self.stats)
    
    def print_summary(self):
        """打印统计摘要"""
        print("性能监控摘要:")
        for func_name, calls in self.stats.items():
            if calls:
                times = [call['execution_time'] for call in calls]
                memories = [call['memory_used'] for call in calls]
                success_count = sum(1 for call in calls if call['success'])
                
                print(f"\n{func_name}:")
                print(f"  调用次数:{len(calls)}")
                print(f"  成功次数:{success_count}")
                print(f"  平均执行时间:{sum(times)/len(times):.4f}秒")
                print(f"  最大执行时间:{max(times):.4f}秒")
                print(f"  平均内存使用:{sum(memories)/len(memories):.2f}MB")
# 创建性能监控器实例
monitor = PerformanceMonitor()
@monitor.monitor
def slow_function():
    """慢函数"""
    time.sleep(0.1)
    return "完成"
@monitor.monitor
def fast_function():
    """快函数"""
    return "快速完成"
@monitor.monitor
def error_function():
    """会出错的函数"""
    raise ValueError("测试错误")
# 测试性能监控
print("=== 性能监控测试 ===")
for i in range(5):
    slow_function()
    fast_function()
try:
    error_function()
except:
    pass
# 打印统计信息
monitor.print_summary()真实世界示例2:缓存装饰器
import functools
import time
from collections import OrderedDict
class LRUCache:
    """LRU缓存装饰器"""
    
    def __init__(self, max_size=128, ttl=None):
        self.max_size = max_size
        self.ttl = ttl  # 生存时间(秒)
        self.cache = OrderedDict()
    
    def __call__(self, func):
        @functools.wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            # 创建缓存键
            key = self._make_key(args, kwargs)
            
            # 检查缓存
            if key in self.cache:
                value, timestamp = self.cache[key]
                
                # 检查TTL
                if self.ttl is None or time.time() - timestamp < self.ttl:
                    # 移动到末尾(最近使用)
                    self.cache.move_to_end(key)
                    print(f"缓存命中:{func.__name__}")
                    return value
                else:
                    # 过期,删除
                    del self.cache[key]
            
            # 计算新值
            result = func(*args, **kwargs)
            
            # 存储到缓存
            self.cache[key] = (result, time.time())
            
            # 如果缓存满了,删除最旧的
            if len(self.cache) > self.max_size:
                self.cache.popitem(last=False)
            
            print(f"缓存未命中:{func.__name__}")
            return result
        
        return wrapper
    
    def _make_key(self, args, kwargs):
        """创建缓存键"""
        # 简化版:使用字符串表示
        key_parts = [str(arg) for arg in args]
        key_parts.extend(f"{k}={v}" for k, v in sorted(kwargs.items()))
        return "|".join(key_parts)
    
    def clear(self):
        """清空缓存"""
        self.cache.clear()
    
    def get_stats(self):
        """获取缓存统计"""
        return {
            'size': len(self.cache),
            'max_size': self.max_size,
            'keys': list(self.cache.keys())
        }
# 使用LRU缓存
@LRUCache(max_size=10, ttl=60)
def fibonacci_cached(n):
    """带缓存的斐波那契函数"""
    if n <= 1:
        return n
    return fibonacci_cached(n-1) + fibonacci_cached(n-2)
@LRUCache(max_size=5)
def expensive_calculation(x, y):
    """昂贵的计算"""
    time.sleep(0.1)  # 模拟耗时计算
    return x * y + x + y
# 测试缓存
print("=== 缓存测试 ===")
print("计算斐波那契数列:")
for i in range(10):
    result = fibonacci_cached(i)
    print(f"fibonacci({i}) = {result}")
print("\n昂贵计算测试:")
for i in range(3):
    for j in range(3):
        result = expensive_calculation(i, j)
        print(f"calc({i}, {j}) = {result}")
# 获取缓存统计
cache_decorator = fibonacci_cached.__closure__[0].cell_contents
print(f"\n缓存统计:{cache_decorator.get_stats()}")真实世界示例3:权限验证装饰器
from functools import wraps
from enum import Enum
class Permission(Enum):
    """权限枚举"""
    READ = "read"
    WRITE = "write"
    DELETE = "delete"
    ADMIN = "admin"
class User:
    """用户类"""
    
    def __init__(self, username, permissions=None):
        self.username = username
        self.permissions = permissions or []
    
    def has_permission(self, permission):
        """检查是否有指定权限"""
        return permission in self.permissions or Permission.ADMIN in self.permissions
class PermissionDecorator:
    """权限验证装饰器"""
    
    def __init__(self, required_permission):
        self.required_permission = required_permission
    
    def __call__(self, func):
        @wraps(func)
        def wrapper(user, *args, **kwargs):
            if not isinstance(user, User):
                raise ValueError("第一个参数必须是User对象")
            
            if not user.has_permission(self.required_permission):
                raise PermissionError(
                    f"用户 {user.username} 没有 {self.required_permission.value} 权限"
                )
            
            print(f"用户 {user.username} 执行 {func.__name__}")
            return func(user, *args, **kwargs)
        
        return wrapper
class FileManager:
    """文件管理器"""
    
    @PermissionDecorator(Permission.READ)
    def read_file(self, user, filename):
        """读取文件"""
        return f"读取文件:{filename}"
    
    @PermissionDecorator(Permission.WRITE)
    def write_file(self, user, filename, content):
        """写入文件"""
        return f"写入文件:{filename},内容:{content}"
    
    @PermissionDecorator(Permission.DELETE)
    def delete_file(self, user, filename):
        """删除文件"""
        return f"删除文件:{filename}"
    
    @PermissionDecorator(Permission.ADMIN)
    def system_info(self, user):
        """系统信息(管理员权限)"""
        return "系统信息:正常运行"
# 创建用户
admin_user = User("admin", [Permission.ADMIN])
editor_user = User("editor", [Permission.READ, Permission.WRITE])
reader_user = User("reader", [Permission.READ])
# 创建文件管理器
file_manager = FileManager()
# 测试权限验证
print("=== 权限验证测试 ===")
# 管理员测试
print("\n管理员操作:")
try:
    print(file_manager.read_file(admin_user, "test.txt"))
    print(file_manager.write_file(admin_user, "test.txt", "Hello"))
    print(file_manager.delete_file(admin_user, "test.txt"))
    print(file_manager.system_info(admin_user))
except Exception as e:
    print(f"错误:{e}")
# 编辑者测试
print("\n编辑者操作:")
try:
    print(file_manager.read_file(editor_user, "test.txt"))
    print(file_manager.write_file(editor_user, "test.txt", "Hello"))
    try:
        print(file_manager.delete_file(editor_user, "test.txt"))
    except PermissionError as e:
        print(f"权限不足:{e}")
    try:
        print(file_manager.system_info(editor_user))
    except PermissionError as e:
        print(f"权限不足:{e}")
except Exception as e:
    print(f"错误:{e}")
# 读者测试
print("\n读者操作:")
try:
    print(file_manager.read_file(reader_user, "test.txt"))
    try:
        print(file_manager.write_file(reader_user, "test.txt", "Hello"))
    except PermissionError as e:
        print(f"权限不足:{e}")
    try:
        print(file_manager.delete_file(reader_user, "test.txt"))
    except PermissionError as e:
        print(f"权限不足:{e}")
    try:
        print(file_manager.system_info(reader_user))
    except PermissionError as e:
        print(f"权限不足:{e}")
except Exception as e:
    print(f"错误:{e}")装饰器的最佳实践
推荐做法:
- 使用functools.wraps保留函数元信息
 - 保持装饰器的简单性和可读性
 - 合理使用装饰器参数
 - 考虑装饰器的执行顺序
 
避免的做法:
- 创建过于复杂的装饰器
 - 忽略函数元信息的保留
 - 在装饰器中产生副作用
 - 过度使用装饰器
 
高级装饰器特性
类装饰器
class Singleton:
    """单例装饰器"""
    
    def __init__(self, cls):
        self.cls = cls
        self.instance = None
    
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        if self.instance is None:
            self.instance = self.cls(*args, **kwargs)
        return self.instance
@Singleton
class Database:
    """数据库连接类"""
    
    def __init__(self):
        print("创建数据库连接...")
        self.connection = "数据库连接"
    
    def query(self, sql):
        return f"执行查询:{sql}"
# 测试单例装饰器
db1 = Database()
db2 = Database()
print(f"db1 is db2: {db1 is db2}")  # True装饰器链
def bold(func):
    """加粗装饰器"""
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        return f"**{func(*args, **kwargs)}**"
    return wrapper
def italic(func):
    """斜体装饰器"""
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        return f"*{func(*args, **kwargs)}*"
    return wrapper
@bold
@italic
def greet(name):
    """问候函数"""
    return f"你好,{name}!"
# 测试装饰器链
print(greet("世界"))  # **你好,世界!**- 上一篇: 玩转Python列表/字典:增删改查与高效遍历技巧
 - 下一篇:Python中的数据类型操作
 
相关推荐
- oracle数据导入导出_oracle数据导入导出工具
 - 
                        
关于oracle的数据导入导出,这个功能的使用场景,一般是换服务环境,把原先的oracle数据导入到另外一台oracle数据库,或者导出备份使用。只不过oracle的导入导出命令不好记忆,稍稍有点复杂...
 
- 继续学习Python中的while true/break语句
 - 
                        
上次讲到if语句的用法,大家在微信公众号问了小编很多问题,那么小编在这几种解决一下,1.else和elif是子模块,不能单独使用2.一个if语句中可以包括很多个elif语句,但结尾只能有一个...
 
- python continue和break的区别_python中break语句和continue语句的区别
 - 
                        
python中循环语句经常会使用continue和break,那么这2者的区别是?continue是跳出本次循环,进行下一次循环;break是跳出整个循环;例如:...
 
- 简单学Python——关键字6——break和continue
 - 
                        
Python退出循环,有break语句和continue语句两种实现方式。break语句和continue语句的区别:break语句作用是终止循环。continue语句作用是跳出本轮循环,继续下一次循...
 
- 2-1,0基础学Python之 break退出循环、 continue继续循环 多重循
 - 
                        
用for循环或者while循环时,如果要在循环体内直接退出循环,可以使用break语句。比如计算1至100的整数和,我们用while来实现:sum=0x=1whileTrue...
 
- Python 中 break 和 continue 傻傻分不清
 - 
                        
大家好啊,我是大田。...
 
- python中的流程控制语句:continue、break 和 return使用方法
 - 
                        
Python中,continue、break和return是控制流程的关键语句,用于在循环或函数中提前退出或跳过某些操作。它们的用途和区别如下:1.continue(跳过当前循环的剩余部分,进...
 
- L017:continue和break - 教程文案
 - 
                        
continue和break在Python中,continue和break是用于控制循环(如for和while)执行流程的关键字,它们的作用如下:1.continue:跳过当前迭代,...
 
- 作为前端开发者,你都经历过怎样的面试?
 - 
                        
已经裸辞1个月了,最近开始投简历找工作,遇到各种各样的面试,今天分享一下。其实在职的时候也做过面试官,面试官时,感觉自己问的问题很难区分候选人的能力,最好的办法就是看看候选人的github上的代码仓库...
 
- 面试被问 const 是否不可变?这样回答才显功底
 - 
                        
作为前端开发者,我在学习ES6特性时,总被const的"善变"搞得一头雾水——为什么用const声明的数组还能push元素?为什么基本类型赋值就会报错?直到翻遍MDN文档、对着内存图反...
 
- 2023金九银十必看前端面试题!2w字精品!
 - 
                        
导文2023金九银十必看前端面试题!金九银十黄金期来了想要跳槽的小伙伴快来看啊CSS1.请解释CSS的盒模型是什么,并描述其组成部分。...
 
- 前端面试总结_前端面试题整理
 - 
                        
记得当时大二的时候,看到实验室的学长学姐忙于各种春招,有些收获了大厂offer,有些还在苦苦面试,其实那时候的心里还蛮忐忑的,不知道自己大三的时候会是什么样的一个水平,所以从19年的寒假放完,大二下学...
 
- 由浅入深,66条JavaScript面试知识点(七)
 - 
                        
作者:JakeZhang转发链接:https://juejin.im/post/5ef8377f6fb9a07e693a6061目录...
 
- 2024前端面试真题之—VUE篇_前端面试题vue2020及答案
 - 
                        
添加图片注释,不超过140字(可选)...
 
- 今年最常见的前端面试题,你会做几道?
 - 
                        
在面试或招聘前端开发人员时,期望、现实和需求之间总是存在着巨大差距。面试其实是一个交流想法的地方,挑战人们的思考方式,并客观地分析给定的问题。可以通过面试了解人们如何做出决策,了解一个人对技术和解决问...
 
- 一周热门
 
- 最近发表
 - 
- oracle数据导入导出_oracle数据导入导出工具
 - 继续学习Python中的while true/break语句
 - python continue和break的区别_python中break语句和continue语句的区别
 - 简单学Python——关键字6——break和continue
 - 2-1,0基础学Python之 break退出循环、 continue继续循环 多重循
 - Python 中 break 和 continue 傻傻分不清
 - python中的流程控制语句:continue、break 和 return使用方法
 - L017:continue和break - 教程文案
 - 作为前端开发者,你都经历过怎样的面试?
 - 面试被问 const 是否不可变?这样回答才显功底
 
 
- 标签列表
 - 
- git pull (33)
 - git fetch (35)
 - mysql insert (35)
 - mysql distinct (37)
 - concat_ws (36)
 - java continue (36)
 - jenkins官网 (37)
 - mysql 子查询 (37)
 - python元组 (33)
 - mybatis 分页 (35)
 - vba split (37)
 - redis watch (34)
 - python list sort (37)
 - nvarchar2 (34)
 - mysql not null (36)
 - hmset (35)
 - python telnet (35)
 - python readlines() 方法 (36)
 - munmap (35)
 - docker network create (35)
 - redis 集合 (37)
 - python sftp (37)
 - setpriority (34)
 - c语言 switch (34)
 - git commit (34)
 
 
