一文读懂Python 装饰器函数

【摘要】 Python装饰器的学习笔记

1. 初识装饰器

接下来，我们通过一个例子来为大家讲解这个装饰器：

需求介绍：你现在xx科技有限公司的开发部分任职，领导给你一个业务需求让你完成：让你写代码测试小明同学写的函数的执行效率。

def effectiveness():
    print("华为云欢迎你")

版本1：

需求分析：你要想测试此函数的执行效率，你应该怎么做？应该在此函数执行前记录一个时间， 执行完毕之后记录一个时间，这个时间差就是具体此函数的执行效率。那么执行时间如何获取呢？ 可以利用time模块，有一个time.time()功能。

import time

print(time.time())

#返回 1575997129.8832688

此方法返回的是格林尼治时间，是此时此刻距离1970年1月1日0点0分0秒的时间秒数。也叫时间戳，他是一直变化的。所以要是计算shopping_car的执行效率就是在执行前后计算这个时间戳的时间，然后求差值即可。

def effectiveness():
    time.sleep(2)
    print("华为云欢迎你")


start_time = time.time()
effectiveness()
end_time = time.time()
print("此函数的执行效率为:" + str(end_time-start_time))

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1575998021.69584
华为云欢迎你
此函数的执行效率为:2.0020952224731445

Process finished with exit code 0

版本1分析：你现在已经完成了这个需求，但是有什么问题没有？ 虽然你只写了四行代码，但是你完成的是一个测试其他函数的执行效率的功能，如果让你测试一下，小张，小李，小刘的函数效率呢？ 你是不是全得复制：

重复代码太多了，所以要想解决重复代码的问题，怎么做？我们是不是学过函数，函数就是以功能为导向，减少重复代码，好我们继续整改。

版本2：

def effectiveness():
    time.sleep(1)
    print("华为云欢迎你")


def calculate_func():
    start_time = time.time()
    effectiveness()
    end_time = time.time()
    return end_time - start_time


print("此函数的执行效率为:" + str(calculate_func()))

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1575998266.1427834
华为云欢迎你
此函数的执行效率为:1.0010716915130615

Process finished with exit code 0

但是你这样写也是有问题的，你虽然将测试功能的代码封装成了一个函数，但是这样，你只能测试小明同学的的函数index，你要是测试其他同事的函数呢？你怎么做？

你要是像上面那么做，每次测试其他同事的代码还需要手动改，这样是不是太low了？所以如何变成动态测试其他函数？我们是不是学过函数的传参？能否将被装饰函数的函数名作为函数的参数传递进去呢？

版本3：

def effectiveness():
    time.sleep(1)
    print("华为云欢迎你")


def diff_file():
    time.sleep(2.5)
    print("this is google")


def calculate_func(func):
    start_time = time.time()
    func()
    end_time = time.time()
    return end_time - start_time


print("effectiveness函数的执行效率为:" + str(calculate_func(effectiveness)))
print("diff_file函数的执行效率为:" + str(calculate_func(diff_file)))

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1575998867.014351
华为云欢迎你
effectiveness函数的执行效率为:1.0010769367218018
this is google
diff_file函数的执行效率为:2.502596139907837

Process finished with exit code 0

这样我将函数effectiveness的函数名作为参数传递给calculate_func函数，然后在calculate_func函数里面执行effectiveness函数，这样就变成动态传参了。好，你们现在将版本3的代码快速练一遍。 大家练习完了之后，发现有什么问题么？ 对比着开放封闭原则说： 首先，effectiveness函数除了完成了自己之前的功能，还增加了一个测试执行效率的功能，对不？所以也符合开放原则。 其次，effectiveness函数源码改变了么？没有，但是执行方式改变了，所以不符合封闭原则。 原来如何执行？ effectiveness() 现在如何执行？ calculate_func(effectiveness),这样会造成什么问题？ 假如effectiveness在你的项目中被100处调用，那么这相应的100处调用我都得改成calculate_func(effectiveness)。 非常麻烦，也不符合开放封闭原则。

版本4：实现真正的开放封闭原则：装饰器。

这个也很简单，就是我们昨天讲过的闭包，只要你把那个闭包的执行过程整清楚，那么这个你想不会都难。

你将上面的inner函数在套一层最外面的函数timer，然后将里面的inner函数名作为最外面的函数的返回值，这样简单的装饰器就写好了，一点新知识都没有加，这个如果不会就得多抄几遍，然后理解代码。

def diff_file():
    time.sleep(2.5)
    print("this is google")


def calculate_func(func):
    def inner():
        start_time = time.time()
        func()
        end_time = time.time()
        print("函数的执行效率为:" + str(end_time - start_time))

    return inner


ret_func = calculate_func(diff_file)
ret_func()  # 等于调用了inner

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576000235.7557225
this is google
函数的执行效率为:2.5025622844696045

Process finished with exit code 0

我们分析一下，代码，代码执行到这一行：ret_func= calculate_func(diff_file) 先执行谁？看见一个等号先要执行等号右边， calculate_func(diff_file) 执行calculate_func函数将diff_file函数名传给了func形参。内层函数inner执行么？不执行，inner函数返回 给ret_func变量。所以我们执行ret_func() 就相当于执行inner闭包函数。 ret_func(),这样既测试效率又执行了原函数，有没有问题？当然有啦！！版本4你要解决原函数执行方式不改变的问题，怎么做？ 所以你可以把 ret_func换成 diff_file变量就完美了！ diff_file = calculate_func(diff_file) , diff_file()带着同学们将这个流程在执行一遍，特别要注意 函数外面的diff_file实际是inner函数的内存地址而不是diff_file函数。让学生们抄一遍，理解一下，这个calculate_func就是最简单版本装饰器，在不改变原diff_file函数的源码以及调用方式前提下，为其增加了额外的功能，测试执行效率。

2. 带返回值的装饰器

你现在这个代码，完成了最初版的装饰器，但是还是不够完善，因为你被装饰的函数index可能会有返回值，如果有返回值，你的装饰器也应该不影响，开放封闭原则嘛。但是你现在设置一下试试：

def diff_file():
    time.sleep(2.5)
    print("this is google")
    return "姐姐"


def calculate_func(func):
    def inner():
        start_time = time.time()
        func()
        end_time = time.time()
        print("函数的执行效率为:" + str(end_time - start_time))

    return inner


ret_func = calculate_func(diff_file)
ret_data = ret_func()  # 等于调用了inner
print(ret_data)

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576001398.9691799
this is google
函数的执行效率为:2.5025620460510254
None

Process finished with exit code 0

加上装饰器之后，他的返回值为None，为什么？因为你现在的ret_func不是函数名ret_func，这ret_func实际是inner函数名。所以ret_func() 等同于inner() 你的 '访问成功'返回值应该返回给谁？应该返回给ret_func，这样才做到开放封闭，实际返回给了谁？实际返回给了func，所以你要更改一下你的装饰器代码，让其返回给外面的ret_func函数名。 所以：你应该这么做：

def diff_file():
    time.sleep(2.5)
    print("this is google")
    return "姐姐"


def calculate_func(func):
    def inner():
        start_time = time.time()
        ret = func()
        end_time = time.time()
        print("函数的执行效率为:" + str(end_time - start_time))
        return ret

    return inner


ret_func = calculate_func(diff_file)
ret_data = ret_func()  # 等于调用了inner
print(ret_data)

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576001170.6579535
this is google
函数的执行效率为:2.50258469581604
姐姐

Process finished with exit code 0

借助于内层函数inner，你将func的返回值，返回给了inner函数的调用者也就是函数外面的ret_func，这样就实现了开放封闭原则，ret_func返回值，确实返回给了'ret_data'。

3 被装饰函数带参数的装饰器

到目前为止，你的被装饰函数还是没有传参呢？按照我们的开放封闭原则，加不加装饰器都不能影响你被装饰函数的使用。所以我们看一下。

def diff_file(name):
    time.sleep(2.5)
    print(f"this is google what's your {name} ")
    return "姐姐"


def calculate_func(func):
    def inner():
        start_time = time.time()
        ret = func()
        end_time = time.time()
        print("函数的执行效率为:" + str(end_time - start_time))
        return ret

    return inner


ret_func = calculate_func(diff_file)
ret_data = ret_func("李白")  # 等于调用了inner
print(ret_data)

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576002133.1686425
Traceback (most recent call last):
  File "/home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py", line 30, in <module>
    ret_data = ret_func("李白")  # 等于调用了inner
TypeError: inner() takes 0 positional arguments but 1 was given

Process finished with exit code 1

上面那么做，显然报错了，为什么？ 你的ret_func这个变量是谁？是inner，ret_func('李白')实际是inner('李白')但是你的'李白'这个实参应该传给谁？ 应该传给diff_file函数，实际传给了谁？实际传给了inner，所以我们要通过更改装饰器的代码，让其将实参'李白'传给diff_file.

def diff_file(name):
    time.sleep(2.5)
    print(f"this is google what's your {name} ")
    return "姐姐"


def calculate_func(func):
    def inner(name):
        start_time = time.time()
        ret = func(name)
        end_time = time.time()
        print("函数的执行效率为:" + str(end_time - start_time))
        return ret

    return inner


ret_func = calculate_func(diff_file)
ret_data = ret_func("李白")  # 等于调用了inner
print(ret_data)

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576002491.6821125
this is google what's your 李白 
函数的执行效率为:2.502556562423706
姐姐

Process finished with exit code 0

这样你就实现了，还有一个小小的问题，现在被装饰函数的形参只是有一个形参，如果要是多个怎么办？有人说多少个我就写多少个不就行了，那不行呀，你这个装饰器可以装饰N多个不同的函数，这些函数的参数是不统一的。所以你要有一种可以接受不定数参数的形参接受他们。这样，你就要想到*args，**kwargs。

def effectiveness(name, age):
    time.sleep(1)
    print(f"华为云欢迎你{name},妹妹的年宁{age}")
    return "妹妹"


def diff_file(name):
    time.sleep(2.5)
    print(f"this is google what's your {name} ")
    return "姐姐"


def calculate_func(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        ret = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print("函数的执行效率为:" + str(end_time - start_time))
        return ret

    return inner


ret_func = calculate_func(diff_file)
ret_data = ret_func("李白")  # 等于调用了inner
print(ret_data)

ret_func1 = calculate_func(effectiveness)
ret_data1 = ret_func1("妞妞", 16)  # 等于调用了inner
print(ret_data1)

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576002922.719054
this is google what's your 李白 
函数的执行效率为:2.5026206970214844
姐姐
华为云欢迎你妞妞,妹妹的年宁16
函数的执行效率为:1.001091718673706
妹妹

Process finished with exit code 0

这样利用*的打散与聚合的原理，将这些实参通过inner函数的中间完美的传递到给了相应的形参。

4. 标准版装饰器

代码优化：语法糖

根据我的学习，我们知道了，如果想要各给一个函数加一个装饰器应该是这样：

如果你想给diff_file加上装饰器，每次执行diff_file之前你要写上一句：ret_func = calculate_func(diff_func)这样你在执行ret_func函数 ret_data('妞妞',16) 才是真生的添加了额外的功能。但是每次写这一句也是很麻烦。所以，Python给我们提供了一个简化机制，用一个很简单的符号去代替这一句话。

def calculate_func(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()
        ret = func(*args, **kwargs)
        end_time = time.time()
        print("函数的执行效率为:" + str(end_time - start_time))
        return ret

    return inner


@calculate_func
def effectiveness(name, age):
    time.sleep(1)
    print(f"华为云欢迎你{name},妹妹的年宁{age}")
    return "妹妹"


@calculate_func
def diff_file(name):
    time.sleep(2.5)
    print(f"this is google what's your {name} ")
    return "姐姐"


# @calculate_func <====> ret_func = calculate_func(diff_file)
ret_data = diff_file("李白")  # 等于调用了inner
print(ret_data)

# @calculate_func <====> ret_func1 = calculate_func(effectiveness)
ret_data1 = effectiveness("妞妞", 16)  # 等于调用了inner
print(ret_data1)

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576003516.4458728
this is google what's your 李白 
函数的执行效率为:2.5025768280029297
姐姐
华为云欢迎你妞妞,妹妹的年宁16
函数的执行效率为:1.0010745525360107
妹妹

Process finished with exit code 0

你看此时我调整了一下位置，你要是不把装饰器放在上面，calculate_func是找不到的。diff_file函数如果想要加上装饰器那么你就在diff_file函数上面加上@calculate_func，就等同于那句话 ret_func = calculate_func(diff_file)。这么做没有什么特殊意义，就是让其更简单化，比如你在影视片中见过野战军的作战时由于不方便说话，用一些简单的手势代表一些话语，就是这个意思。

至此标准版的装饰器就是这个样子：

def wrapper(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        """装饰前增加的功能代码"""

        ret = func(*args, **kwargs)
        """装饰后增加的功能代码"""

        return ret
    return inner

这个就是标准的装饰器，完全符合代码开放封闭原则。这几行代码一定要背过，会用。

此时我们要利用这个装饰器完成一个需求：简单版模拟博客园登录。 此时带着学生们看一下博客园，说一下需求： 博客园登陆之后有几个页面，diary，comment，home，如果我要访问这几个页面，必须验证我是否已登录。 如果已经成功登录，那么这几个页面我都可以无阻力访问。如果没有登录，任何一个页面都不可以访问，我必须先登录，登录成功之后，才可以访问这个页面。我们用成功执行函数模拟作为成功访问这个页面，现在写三个函数，写一个装饰器，实现上述功能。

flags_login = True


def authenticate(func):
    """
    这是一个装饰器函数
    :return:
    """

    def inner(*args, **kwargs):
        """执行代码前增加功能"""
        global flags_login
        if flags_login:
            username = input("请输入用户名：")
            password = input("请输入秘密：")
            if username == "yuchuanduan" and password == "123456":
                ret = func(*args, **kwargs)
                flags_login = False
                return ret
        else:
            ret = func(*args, **kwargs)
            """执行代码后增加功能"""
            return ret

    return inner


@authenticate
def diary():
    print("欢迎来到diary页面!")


@authenticate
def comment():
    print("欢迎来到comment页面？")


@authenticate
def home():
    print("欢迎来到home页面")


diary()
comment()
home()

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576006578.762892
请输入用户名：yuchuanduan
请输入秘密：123456
欢迎来到diary页面!
欢迎来到comment页面？
欢迎来到home页面

Process finished with exit code 0

login_statues = {
    "username": None,
    "status": True
}


def authenticate(func):
    """
    这是一个装饰器函数
    :return:
    """

    def inner(*args, **kwargs):
        """执行代码前增加功能"""
        if login_statues["status"]:
            login_statues["username"] = input("请输入用户名：")
            password = input("请输入秘密：")
            if login_statues["username"] == "yuchuanduan" and password == "123456":
                ret = func(*args, **kwargs)
                login_statues["status"] = False
                return ret
        else:
            ret = func(*args, **kwargs)
            """执行代码后增加功能"""
            return ret

    return inner


@authenticate
def diary():
    print("欢迎来到diary页面!")


@authenticate
def comment():
    print("欢迎来到comment页面？")


@authenticate
def home():
    print("欢迎来到home页面")


diary()
comment()
home()

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576006823.0322616
请输入用户名：yuchuanduan
请输入秘密：123456
欢迎来到diary页面!
欢迎来到comment页面？
欢迎来到home页面

Process finished with exit code 0

5. 带参数的装饰器

我们看，装饰器其实就是一个闭包函数，再说简单点就是两层的函数。那么是函数，就应该具有函数传参功能。

login_statues = {
    "username": None,
    "status": True
}


def authenticate(func):
    """
    这是一个装饰器函数
    :return:
    """

    def inner(*args, **kwargs):
        """执行代码前增加功能"""
        if login_statues["status"]:
            login_statues["username"] = input("请输入用户名：")
            password = input("请输入秘密：")
            if login_statues["username"] == "yuchuanduan" and password == "123456":
                ret = func(*args, **kwargs)
                login_statues["status"] = False
                return ret
        else:
            ret = func(*args, **kwargs)
            """执行代码后增加功能"""
            return ret

    return inner

你看我上面的装饰器，不要打开，他可以不可在套一层：

def authenticate(my_args):
    def authenticate1(func):
        """
        这是一个装饰器函数
        :return:
        """

        def inner(*args, **kwargs):
            """执行代码前增加功能"""
            if login_statues["status"]:
                login_statues["username"] = input("请输入用户名：").strip()
                password = input("请输入秘密：").strip()
                if login_statues["username"] == "yuchuanduan" and password == "123456":
                    ret = func(*args, **kwargs)
                    login_statues["status"] = False
                    return ret
            else:
                ret = func(*args, **kwargs)
                """执行代码后增加功能"""
                return ret

        return inner

    return authenticate1

举例说明：抖音：绑定的是微信账号密码。 皮皮虾：绑定的是qq的账号密码。 你现在要完成的就是你的装饰器要分情况去判断账号和密码，不同的函数用的账号和密码来源不同。 但是你之前写的装饰器只能接受一个参数就是函数名，所以你写一个可以接受参数的装饰器。

login_statues = {
    "username": None,
    "status": True
}


def authenticate(my_args):
    def authenticate1(func):
        """
        这是一个装饰器函数
        :return:
        """

        def inner(*args, **kwargs):
            """执行代码前增加功能"""
            if login_statues["status"]:
                if my_args == "Wechat":
                    login_statues["username"] = input("请输入Wechat用户名：").strip()
                    password = input("请输入Wechat秘密：").strip()
                    if login_statues["username"] == "yuchuanduan" and password == "123456":
                        ret = func(*args, **kwargs)
                        login_statues["status"] = False
                        return ret
                elif my_args == "qq":
                    login_statues["username"] = input("请输入QQ用户名：").strip()
                    password = input("请输入QQ秘密：").strip()
                    if login_statues["username"] == "yuchuanduan" and password == "123456":
                        ret = func(*args, **kwargs)
                        login_statues["status"] = False
                        return ret
            else:
                ret = func(*args, **kwargs)
                """执行代码后增加功能"""
                return ret

        return inner

    return authenticate1


@authenticate("Wechat")
def diary():
    print("欢迎来到diary页面!")


@authenticate("qq")
def comment():
    print("欢迎来到comment页面？")


@authenticate("Wechat")
def home():
    print("欢迎来到home页面")


diary()
comment()
home()

结果：

/usr/local/bin/python3 /home/yuchuantester/YuchuanData/PythonData/PythonProject/YuchuanDemo002.py
1576008396.1496649
请输入Wechat用户名：dsfs
请输入Wechat秘密：dsd
请输入QQ用户名：dsf
请输入QQ秘密：ds
请输入Wechat用户名：yuchuanduan
请输入Wechat秘密：123456
欢迎来到home页面

Process finished with exit code 0

@authenticate('Wechat') :分两步：

    第一步先执行authenticate('Wechat')函数，得到返回值authenticate1

    第二步@与authenticate1结合，形成装饰器@authenticate1 然后在依次执行。

这样就是带参数的装饰器，参数可以传入多个，一般带参数的装饰器在以后的工作中都是给你提供的， 你会用就行，但是自己也一定要会写，面试经常会遇到。

作者：Yuchuan