Python中的装饰器(decorator)

想理解Python的decorator首先要知道在Python中函数也是一个对象,所以你可以

  • 将函数复制给变量
  • 将函数当做参数
  • 返回一个函数

函数在Python中给变量的用法一样也是一等公民,也就是高阶函数(High Order Function)。所有的魔法都是由此而来。

1,起源

我们想在函数login中输出调试信息,我们可以这样做

def login():
	print('in login')

def printdebug(func):
	print('enter the login')
	func()
	print('exit the login')

printdebug(login)

这个方法讨厌的是每次调用login是,都通过printdebug来调用,但毕竟这是可行的。

2,让代码变得优美一点

既然函数可以作为返回值,可以赋值给变量,我们可以让代码优美一点。

def login():
	print('in login')

def printdebug(func):
	def __decorator():
		print('enter the login')
		func()
		print('exit the login')
	return __decorator  #function as return value

debug_login = printdebug(login)  #function assign to variable

debug_login()  #execute the returned function

这样我们每次只要调用debug_login就可以了,这个名字更符合直觉。我们将原先的两个函数printdebug和login绑定到一起,成为debug_login。这种耦合叫内聚:-)。

3,让代码再优美一点

printdebug和login是通过debug_login = printdebug(login)这一句来结合的,这一句似乎也是多余的,能不能在定义login是加个标注,从而将printdebug和login结合起来?

上面的代码从语句组织的角度来讲很难再优美了,Python的解决方案是提供一个语法糖(Syntax Sugar),用一个@符号来结合它们。

def printdebug(func):
	def __decorator():
		print('enter the login')
		func()
		print('exit the login')
	return __decorator  

@printdebug  #combine the printdebug and login
def login():
	print('in login')

login()  #make the calling point more intuitive

可以看出decorator就是一个:使用函数作参数并且返回函数的函数。通过改进我们可以得到:

  • 更简短的代码,将结合点放在函数定义时
  • 不改变原函数的函数名

在Python解释器发现login调用时,他会将login转换为printdebug(login)()。也就是说真正执行的是__decorator这个函数。

4,加上参数

1,login函数带参数

login函数可能有参数,比如login的时候传人user的信息。也就是说,我们要这样调用login:

login(user)

Python会将login的参数直接传给__decorator这个函数。我们可以直接在__decorator中使用user变量:

def printdebug(func):
	def __decorator(user):    #add parameter receive the user information
		print('enter the login')
		func(user)  #pass user to login
		print('exit the login')
	return __decorator  

@printdebug  
def login(user):
	print('in login:' + user)

login('jatsz')  #arguments:jatsz

我们来解释一下login(‘jatsz’)的调用过程:

[decorated] login(‘jatsz’)   =>   printdebug(login)(‘jatsz’)  =>  __decorator(‘jatsz’)  =>  [real] login(‘jatsz’)

2,装饰器本身有参数

我们在定义decorator时,也可以带入参数,比如我们这样使用decorator,我们传入一个参数来指定debug level。

@printdebug(level=5)
def login
    pass

为了给接收decorator传来的参数,我们在原本的decorator上在包装一个函数来接收参数:

def printdebug_level(level):  #add wrapper to recevie decorator's parameter
	def printdebug(func):
		def __decorator(user):    
			print('enter the login, and debug level is: ' + str(level)) #print debug level
			func(user)  
			print('exit the login')
		return __decorator  
	return printdebug    #return original decorator

@printdebug_level(level=5)   #decorator's parameter, debug level set to 5
def login(user):
	print('in login:' + user)

login('jatsz')  

我们再来解释一下login(‘jatsz’)整个调用过程:

[decorated]login(‘jatsz’) => printdebug_level(5) => printdebug[with closure value 5](login)(‘jatsz’) => __decorator(‘jatsz’)[use value 5]  => [real]login(‘jatsz’)

 

5,装饰有返回值的函数

有时候login会有返回值,比如返回message来表明login是否成功。

login_result = login(‘jatsz’)

我们需要将返回值在decorator和调用函数间传递:

def printdebug(func):
	def __decorator(user):    
		print('enter the login')
		result = func(user)  #recevie the native function call result
		print('exit the login')
		return result        #return to caller
	return __decorator  

@printdebug  
def login(user):
	print('in login:' + user)
	msg = "success" if user == "jatsz" else "fail"
	return msg  #login with a return value

result1 = login('jatsz');
print result1  #print login result

result2 = login('candy');
print result2

我们解释一下返回值的传递过程:

...omit for brief…[real][msg from login(‘jatsz’) => [result from]__decorator => [assign to] result1

6,应用多个装饰器

我们可以对一个函数应用多个装饰器,这时我们需要留心的是应用装饰器的顺序对结果会产生。影响比如:

def printdebug(func):
	def __decorator():    
		print('enter the login')
		func() 
		print('exit the login')
	return __decorator  

def others(func):    #define a other decorator
	def __decorator():
		print '***other decorator***'
		func()
	return __decorator

@others         #apply two of decorator
@printdebug
def login():
	print('in login:')

@printdebug    #switch decorator order
@others
def logout():
	print('in logout:')

login()
print('---------------------------') 
logout()

我们定义了另一个装饰器others,然后我们对login函数和logout函数分别应用这两个装饰器。应用方式很简单,在函数定义是直接用两个@@就可以了。我们看一下上面代码的输出:

$ python deoc.py
***other decorator***
enter the login
in login:
exit the login
---------------------------
enter the login
***other decorator***
in logout:
exit the login

我们看到两个装饰器都已经成功应用上去了,不过输出却不相同。造成这个输出不同的原因是我们应用装饰器的顺序不同。回头看看我们login的定义,我们是先应用others,然后才是printdebug。而logout函数真好相反,发生了什么?如果你仔细看logout函数的输出结果,可以看到装饰器的递归。从输出可以看出:logout函数先应用printdebug,打印出“enter the login”。printdebug的__decorator调用中间应用了others的__decorator,打印出“***other decorator***”。其实在逻辑上我们可以将logout函数应用装饰器的过程这样看(伪代码):

@printdebug    #switch decorator order
(
	@others
	(
		def logout():
			print('in logout:')
	)
)

我们解释一下整个递归应用decorator的过程:

[printdebug decorated]logout() =>

printdebug.__decorator[call [others decorated]logout() ] =>

printdebug.__decorator.other.__decorator[call real logout]

 

7,灵活运用

什么情况下装饰器不适用?装饰器不能对函数的一部分应用,只能作用于整个函数。

login函数是一个整体,当我们想对部分函数应用装饰器时,装饰器变的无从下手。比如我们想对下面这行语句应用装饰器:

msg = "success" if user == "jatsz" else "fail"

怎么办?

一个变通的办法是“提取函数”,我们将这行语句提取成函数,然后对提取出来的函数应用装饰器:

def printdebug(func):
	def __decorator(user):    
		print('enter the login')
		result = func(user) 
		print('exit the login')
		return result      
	return __decorator  

def login(user):
	print('in login:' + user)
	msg = validate(user)  #exact to a method
	return msg  

@printdebug  #apply the decorator for exacted method
def validate(user):
	msg = "success" if user == "jatsz" else "fail" 
	return msg

result1 = login('jatsz');
print result1  

 

来个更加真实的应用,有时候validate是个耗时的过程。为了提高应用的性能,我们会将validate的结果cache一段时间(30 seconds),借助decorator和上面的方法,我们可以这样实现:

import time

dictcache = {}

def cache(func):
	def __decorator(user):    
		now = time.time()
		if (user in dictcache):
			result,cache_time = dictcache[user]
			if (now - cache_time) > 30:  #cache expired
				result = func(user)
				dictcache[user] = (result, now)  #cache the result by user
			else:
				print('cache hits')
		else:
			result = func(user)
			dictcache[user] = (result, now)
		return result      
	return __decorator  

def login(user):
	print('in login:' + user)
	msg = validate(user)  
	return msg  

@cache  #apply the cache for this slow validation
def validate(user):
	time.sleep(5)  #simulate 10 second block
	msg = "success" if user == "jatsz" else "fail" 
	return msg

result1 = login('jatsz'); print result1  
result2 = login('jatsz'); print result2    #this login will return immediately by hit the cache
result3 = login('candy'); print result3

 


Reference:

http://stackoverflow.com/questions/739654/understanding-python-decorators      --Understanding Python decorators

http://www.cnblogs.com/rhcad/archive/2011/12/21/2295507.html   --Python装饰器学习(九步入门)

http://www.python.org/dev/peps/pep-0318/   --PEP 318 -- Decorators for Functions and Methods

posted @ 2012-05-23 17:56  Jerry Chou  阅读(26486)  评论(3编辑  收藏