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Python中的裝飾器是什么？裝飾器是如何工作的？
CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.compython很早就引入了裝飾器——在PEP-318中，作為一種簡化函數和方法定義方式的機制，這些函數和方法在初始定義之后必須進行修改。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
這樣做的**初動機之一是，使用classmethod和staticmethod等函數來轉換方法的原始定義，但是它們需要額外的一行代碼來修改函數的初始定義。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
一般來說，每次必須對函數應用轉換時，我們必須使用modifier函數調用它，然后將它重新分配到函數初始定義時的名稱中。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
例如，假設有一個叫作original的函數，在它上面有一個改變original行為的函數（叫作modifier），那么我們必須這樣寫：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
def original(...): ... original = modifier(original)（相關免費學習推薦：python視頻教程）CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
請注意我們是如何更改函數并將其重新分配到相同的名稱中去的。這是令人困惑的，很容易出錯（假設有人忘記重新分配函數，或者重新分配了函數，但不在函數定義之后的行中，而是在更遠的地方），而且很麻煩。出于這個原因，Python語言增加了一些語法支持。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
前面的示例可以改寫為如下樣式：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
@modifier def original(...): ...這意味著裝飾器只是語法糖，用于調用裝飾器之后的內容作為裝飾器本身的第一個參數，結果將是裝飾器返回的內容。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
為了與Python的術語一致，在我們的示例中modifier稱為裝飾器，original是裝飾函數，通常也被稱為包裝對象。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
雖然該功能**初被認為是用于方法和函數的，但實際的語法允許它修飾任何類型的對象，因此我們將研究應用于函數、方法、生成器和類的裝飾器。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
**后一點需要注意的是，雖然裝飾器的名稱是正確的（畢竟，裝飾器實際上是在對包裝函數進行更改、擴展或處理），但不要將它與裝飾器設計模式混淆。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
5.1.1 裝飾器函數CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
函數可能是對可以裝飾的Python對象的**簡單的表示形式。我們可以在函數上使用裝飾器來應用各種邏輯——我們可以驗證參數、檢查前置條件、完全改變行為、修改其簽名、緩存結果（創建原始函數的內存版本）等。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
例如，我們將創建一個實現retry機制的基本裝飾器，控制一個特定的域級異常并重試一定的次數：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
# decorator_function_1.py class ControlledException(Exception): """A generic exception on the program's domain.""" def retry(operation): @wraps(operation) def wrapped(*args, **kwargs): last_raised = None RETRIES_LIMIT = 3 for _ in range(RETRIES_LIMIT): try: return operation(*args, **kwargs) except ControlledException as e: logger.info("retrying %s", operation.__qualname__) last_raised = e raise last_raised return wrapped現在可以忽略@wrap的使用，因為它將在另一節中討論。在for循環中使用“_”，意味著這個數字被分配給一個我們目前不感興趣的變量，因為它不在for循環中使用（在Python中，將被忽略的值命名為“_”是一個常見的習慣用法）。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
retry裝飾器不接收任何參數，所以它可以很容易地應用于任何函數，如下所示：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
@retry def run_operation(task): """Run a particular task, simulating some failures on its execution.""" return task.run()正如一開始所解釋的，在run_operation之上@retry的定義只是Python提供的語法糖，用于實際執行run_operation = retry(run_operation)。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
在這個有限的示例中，我們可以看到如何用裝飾器創建一個通用的retry操作，在某些確定的條件下（在本示例中，表示為可能與超時相關的異常），該操作將允許多次調用裝飾后的代碼。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
5.1.2 裝飾類CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
類也可以被裝飾（PEP-3129），其裝飾方法與語法函數的裝飾方法相同。**的區別是，在為裝飾器編寫代碼時，我們必須考慮到所接收的是一個類，而不是一個函數。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
一些實踐者可能會認為裝飾類是相當復雜的事情，這樣的場景可能會損害可讀性，因為我們將在類中聲明一些屬性和方法，但是在幕后，裝飾器可能會應用一些變化，從而呈現一個完全不同的類。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
這種評定是正確的，但只有在裝飾類技術被嚴重濫用的情況下成立。客觀上，這與裝飾功能沒有什么不同；畢竟，類和函數一樣，都只是Python生態系統中的一種類型的對象而已。在5.4節中，我們將再次審視這個問題的優缺點，但是這里只探索裝飾器的優點，尤其是適用于類的裝飾器的優點。 CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（1）重用代碼和DRY原則的所有好處。類裝飾器的一個有效情況是，強制多個類符合特定的接口或標準（通過只在將應用于多個類的裝飾器中進行一次檢查）。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（2）可以創建更小或更簡單的類——這些類稍后將由裝飾器進行增強。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（3）如果使用裝飾器，那么需要應用到特定類上的轉換邏輯將更容易維護，而不會使用更復雜的（通常是不鼓勵使用的）方法，如元類。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
在裝飾器的所有可能應用程序中，我們將探索一個簡單的示例，以了解裝飾器可以用于哪些方面。記住，這不是類裝飾器的**應用程序類型，而且給出的代碼還可以有許多其他解決方案。所有這些解決方案都有優缺點，之所以選擇裝飾器，是為了說明它們的用處。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
回顧用于監視平臺的事件系統，現在需要轉換每個事件的數據并將其發送到外部系統。然而，在選擇如何發送數據時，每種類型的事件可能都有自己的特殊性。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
特別是，登錄事件可能包含敏感信息，例如我們希望隱藏的憑據。時間戳等其他領域的字段可能也需要一些轉換，因為我們希望以特定的格式顯示它們。符合這些要求的第一次嘗試很簡單，就像有一個映射到每個特定事件的類，并知道如何序列化它那樣：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
class LoginEventSerializer: def __init__(self, event): self.event = event def serialize(self) -> dict: return { "username": self.event.username, "password": "**redacted**", "ip": self.event.ip, "timestamp": self.event.timestamp.strftime("%Y-%m-%d %H:%M"), } class LoginEvent: SERIALIZER = LoginEventSerializer def __init__(self, username, password, ip, timestamp): self.username = username self.password = password self.ip = ip self.timestamp = timestamp def serialize(self) -> dict: return self.SERIALIZER(self).serialize()在這里，我們聲明一個類。該類將直接映射到登錄事件，其中包含它的一些邏輯——隱藏密碼字段，并根據需要格式化時間戳。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
雖然這是可行的，可能開始看起來是一個不錯的選擇，但隨著時間的推移，若要擴展系統，就會發現一些問題。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（1）類太多。隨著事件數量的增多，序列化類的數量將以相同的量級增長，因為它們是一一映射的。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（2）解決方案不夠靈活。如果我們需要重用部分組件（例如，需要把密碼藏在也有類似需求的另一個類型的事件中），就不得不將其提取到一個函數，但也要從多個類中調用它，這意味著我們沒有重用那么多代碼。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（3）樣板文件。serialize()方法必須出現在所有事件類中，同時調用相同的代碼。盡管我們可以將其提取到另一個類中（創建mixin），但這似乎沒有很好地使用繼承。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
另一種解決方案是能夠動態構造一個對象：給定一組過濾器（轉換函數）和一個事件實例，該對象能夠通過將過濾器應用于其字段的方式序列化它。然后，我們只需要定義轉換每種字段類型的函數，并通過組合這些函數創建序列化器。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
一旦有了這個對象，我們就可以裝飾類以添加serialize()方法。該方法只會調用這些序列化對象本身：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
def hide_field(field) -> str: return "**redacted**" def format_time(field_timestamp: datetime) -> str: return field_timestamp.strftime("%Y-%m-%d %H:%M") def show_original(event_field): return event_field class EventSerializer: def __init__(self, serialization_fields: dict) -> None: self.serialization_fields = serialization_fields def serialize(self, event) -> dict: return { field: transformation(getattr(event, field)) for field, transformation in self.serialization_fields.items() } class Serialization: def __init__(self, **transformations): self.serializer = EventSerializer(transformations) def __call__(self, event_class): def serialize_method(event_instance): return self.serializer.serialize(event_instance) event_class.serialize = serialize_method return event_class @Serialization( username=show_original, password=hide_field, ip=show_original, timestamp=format_time, ) class LoginEvent: def __init__(self, username, password, ip, timestamp): self.username = username self.password = password self.ip = ip self.timestamp = timestamp注意，裝飾器讓你更容易知道如何處理每個字段，而不必查看另一個類的代碼。僅通過讀取傳遞給類裝飾器的參數，我們就知道用戶名和IP地址將保持不變，密碼將被隱藏，時間戳將被格式化。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
現在，類的代碼不需要定義serialize()方法，也不需要從實現它的mixin類進行擴展，因為這些都將由裝飾器添加。實際上，這可能是創建類裝飾器的**理由，因為如果不是這樣的話，序列化對象可能是LoginEvent的一個類屬性，但是它通過向該類添加一個新方法來更改類，這使得創建該類裝飾器變得不可能。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
我們還可以使用另一個類裝飾器，通過定義類的屬性來實現init方法的邏輯，但這超出了本例的范圍。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
通過使用Python 3.7+ 中的這個類裝飾器（PEP-557），可以按更簡潔的方式重寫前面的示例，而不使用init的樣板代碼，如下所示：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
from dataclasses import dataclass from datetime import datetime @Serialization( username=show_original, password=hide_field, ip=show_original, timestamp=format_time, ) @dataclass class LoginEvent: username: str password: str ip: str timestamp: datetime5.1.3 其他類型的裝飾器CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
既然我們已經知道了裝飾器的@語法的實際含義，就可以得出這樣的結論：可以裝飾的不僅是函數、方法或類；實際上，任何可以定義的東西（如生成器、協同程序甚至是裝飾過的對象）都可以裝飾，這意味著裝飾器可以堆疊起來。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
前面的示例展示了如何鏈接裝飾器。我們先定義類，然后將@dataclass應用于該類——它將該類轉換為數據類，充當這些屬性的容器。之后，通過@Serialization把邏輯應用到該類上，從而生成一個新類，其中添加了新的serialize()方法。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
裝飾器另一個好的用法是用于應該用作協同程序的生成器。我們將在第7章中探討生成器和協同程序的細節，其主要思想是，在向新創建的生成器發送任何數據之前，必須通過調用next()將后者推進到下一個yield語句。這是每個用戶都必須記住的手動過程，因此很容易出錯。我們可以輕松創建一個裝飾器，使其接收生成器作為參數，調用next()，然后返回生成器。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
5.1.4 將參數傳遞給裝飾器CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
至此，我們已經將裝飾器看作Python中的一個強大工具。如果我們可以將參數傳遞給裝飾器，使其邏輯更加抽象，那么其功能可能會更加強大。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
有幾種實現裝飾器的方法可以接收參數，但是接下來我們只討論**常見的方法。第一種方法是將裝飾器創建為帶有新的間接層的嵌套函數，使裝飾器中的所有內容深入一層。第二種方法是為裝飾器使用一個類。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
通常，第二種方法更傾向于可讀性，因為從對象的角度考慮，其要比3個或3個以上使用閉包的嵌套函數更容易。但是，為了完整起見，我們將對這兩種方法進行探討，以便你可以選擇使用**適合當前問題的方法。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
1．帶有嵌套函數的裝飾器CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
粗略地說，裝飾器的基本思想是創建一個返回函數的函數（通常稱為高階函數）。在裝飾器主體中定義的內部函數將是實際被調用的函數。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
現在，如果希望將參數傳遞給它，就需要另一間接層。第一個函數將接收參數，在該函數中，我們將定義一個新函數（它將是裝飾器），而這個新函數又將定義另一個新函數，即裝飾過程返回的函數。這意味著我們將至少有3層嵌套函數。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
如果你到目前為止還不明白上述內容的含義，也不用擔心，待查看下面給出的示例之后，就會明白了。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
第一個示例是，裝飾器在一些函數上實現重試功能。這是個好主意，只是有個問題：實現不允許指定重試次數，只允許在裝飾器中指定一個固定的次數。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
現在，我們希望能夠指出每個示例有多少次重試，也許甚至可以為這個參數添加一個默認值。為了實現這個功能，我們需要用到另一層嵌套函數——先用于參數，然后用于裝飾器本身。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
這是因為如下代碼：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
@retry(arg1, arg2,... )必須返回裝飾器，因為@語法將把計算結果應用到要裝飾的對象上。從語義上講，它可以翻譯成如下內容：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
<original_function> = retry(arg1, arg2, ....)(<original_function>)除了所需的重試次數，我們還可以指明希望控制的異常類型。支持新需求的新版本代碼可能是這樣的：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
RETRIES_LIMIT = 3 def with_retry(retries_limit=RETRIES_LIMIT, allowed_exceptions=None): allowed_exceptions = allowed_exceptions or (ControlledException,) def retry(operation): @wraps(operation) def wrapped(*args, **kwargs): last_raised = None for _ in range(retries_limit): try: return operation(*args, **kwargs) except allowed_exceptions as e: logger.info("retrying %s due to %s", operation, e) last_raised = e raise last_raised return wrapped return retry下面是這個裝飾器如何應用于函數的一些示例，其中顯示了它接收的不同選項：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
# decorator_parametrized_1.py @with_retry() def run_operation(task): return task.run() @with_retry(retries_limit=5) def run_with_custom_retries_limit(task): return task.run() @with_retry(allowed_exceptions=(AttributeError,)) def run_with_custom_exceptions(task): return task.run() @with_retry( retries_limit=4, allowed_exceptions=(ZeropisionError, AttributeError) ) def run_with_custom_parameters(task): return task.run()2．裝飾器對象CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
前面的示例需要用到3層嵌套函數。首先，這將是一個用于接收我們想要使用的裝飾器的參數。在這個函數中，其余的函數是使用這些參數和裝飾器邏輯的閉包。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
更簡潔的實現方法是用一個類定義裝飾器。在這種情況下，我們可以在__init__方法中傳遞參數，然后在名為__call__的魔法方法上實現裝飾器的邏輯。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
裝飾器的代碼如下所示：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
class WithRetry: def __init__(self, retries_limit=RETRIES_LIMIT, allowed_exceptions=None): self.retries_limit = retries_limit self.allowed_exceptions = allowed_exceptions or (ControlledException,) def __call__(self, operation): @wraps(operation) def wrapped(*args, **kwargs): last_raised = None for _ in range(self.retries_limit): try: return operation(*args, **kwargs) except self.allowed_exceptions as e: logger.info("retrying %s due to %s", operation, e) last_raised = e raise last_raised return wrapped這個裝飾器可以像之前的一樣應用，就像這樣：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
@WithRetry(retries_limit=5) def run_with_custom_retries_limit(task): return task.run()注意Python語法在這里是如何起作用的，這一點很重要。首先，我們創建對象，這樣在應用@操作之前，對象已經創建好了，并且其參數傳遞給它了，用這些參數初始化這個對象，如init方法中定義的那樣。在此之后，我們將調用@操作，這樣該對象將包裝名為run_with_custom_reries_limit的函數，而這意味著它將被傳遞給call這個魔法方法。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
在call這個魔法方法中，我們定義了裝飾器的邏輯，就像通常所做的那樣——包裝了原始函數，返回一個新的函數，其中包含所要的邏輯。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
5.1.5 充分利用裝飾器CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
本節介紹一些充分利用裝飾器的常見模式。在有些常見的場景中使用裝飾器是個非常好的選擇。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
可用于應用程序的裝飾器數不勝數，下面僅列舉幾個**常見或相關的。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（1）轉換參數。更改函數的簽名以公開更好的API，同時封裝關于如何處理和轉換參數的詳細信息。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（2）跟蹤代碼。記錄函數及其參數的執行情況。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（3）驗證參數。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（4）實現重試操作。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（5）通過把一些（重復的）邏輯移到裝飾器中來簡化類。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
接下來詳細討論前兩個應用程序。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
1．轉換參數CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
前文提到，裝飾器可以用來驗證參數（甚至在DbC的概念下強制一些前置條件或后置條件），因此你可能已經了解到，這是一些處理或者操控參數時使用裝飾器的常用方法。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
特別是，在某些情況下，我們會發現自己反復創建類似的對象，或者應用類似的轉換，而我們希望將這些轉換抽象掉。大多數時候，我們可以通過簡單地用裝飾器實現這一點。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
2．跟蹤代碼CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
在本節中討論跟蹤時，我們將提到一些更通用的內容，這些內容與處理所要監控的函數的執行有關，具體是指：CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（1）實際跟蹤函數的執行（例如，通過記錄函數執行的行）；CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（2）監控函數的一些指標（如CPU使用量或內存占用）；CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（3）測量函數的運行時間；CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
（4）函數被調用時的日志，以及傳遞給它的參數。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
我們將在5.2節剖析一個簡單的裝飾器示例，該示例記錄了函數的執行情況，包括函數名和運行時間。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
本文摘自《編寫整潔的Python代碼》 CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
本書介紹Python軟件工程的主要實踐和原則，旨在幫助讀者編寫更易于維護和更整潔的代碼。全書共10章：第1章介紹Python語言的基礎知識和搭建Python開發環境所需的主要工具；第2章描述Python風格代碼，介紹Python中的第一個習慣用法；第3章總結好代碼的一般特征，回顧軟件工程中的一般原則；第4章介紹一套面向對象軟件設計的原則，即SOLID原則；第5章介紹裝飾器，它是Python的**特性之一；第6章探討描述符，介紹如何通過描述符從對象中獲取更多的信息；第7章和第8章介紹生成器以及單元測試和重構的相關內容；第9章回顧Python中**常見的設計模式；第10章再次強調代碼整潔是實現良好架構的基礎。 CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
本書適合所有python編程愛好者、對程序設計感興趣的人，以及其他想學習更多Python知識的軟件工程的從業人員。CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
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以上就是Python中的裝飾器是什么？裝飾器是如何工作的？的詳細內容，更多請關注少兒編程網其它相關文章！CaT少兒編程網-https://www.pxcodes.com
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