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裝飾器為什么難以理解？

無論項目中還是面試都離不開裝飾器話題，裝飾器的強(qiáng)大在于它能夠在不修改原有業(yè)務(wù)邏輯的情況下對代碼進(jìn)行擴(kuò)展，權(quán)限校驗、用戶認(rèn)證、日志記錄、性能測試、事務(wù)處理、緩存等都是裝飾器的***應(yīng)用場景，它能夠***程度地對代碼進(jìn)行復(fù)用。

但為什么初學(xué)者對裝飾器的理解如此困難，我認(rèn)為本質(zhì)上是對Python函數(shù)理解不到位，因為裝飾器本質(zhì)上還是函數(shù)。

函數(shù)的定義

理解裝飾器前，需要明白函數(shù)的工作原理，我們先從一個最簡單函數(shù)定義開始：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def foo(num): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     return num + 1 
    3.

上面定義了一個函數(shù)，名字叫foo，也可以把 foo 可理解為變量名，該變量指向一個函數(shù)對象

調(diào)用函數(shù)只需要給函數(shù)名加上括號并傳遞必要的參數(shù)(如果函數(shù)定義的時候有參數(shù)的話)

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. value = foo(3) 
    2. 
  
  
  
  
  2. print(value) # 4 
    3.

變量名 foo 現(xiàn)在指向 函數(shù)對象，但它也可以指向另外一個函數(shù)。 

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def bar(): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     print("bar") 
    3. 
  
  
  
  
  3. foo = bar 
    4. 
  
  
  
  
  4. foo() # bar 
    5.

函數(shù)作為返回值

在Python中，一切皆為對象，函數(shù)也不例外，它可以像整數(shù)一樣作為其它函數(shù)的返回值，例如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def foo(): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     return 1 
    3. 
  
  
  
  
  3.  
    4. 
  
  
  
  
  4. def bar(): 
    5. 
  
  
  
  
  5.     return foo 
    6. 
  
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  
  7. print(bar()) #  
    8. 
  
  
  
  
  8.  
    9. 
  
  
  
  
  9. print(bar()()) # 1  
    10. 
  
  
  
  
  10. # 等價于 
    11. 
  
  
  
  
  11. print(foo()) # 1 
    12.

bar() 的返回值是一個函數(shù)對象，所以我們可以繼續(xù)對返回值進(jìn)行調(diào)用，調(diào)用bar()()等價于調(diào)用 foo()，因為 變量 foo 指向的對象與 bar() 的返回值是同一個對象。

函數(shù)作為參數(shù)

函數(shù)還可以像整數(shù)一樣作為函數(shù)的參數(shù)，例如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def foo(num): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     return num + 1 
    3. 
  
  
  
  
  3.  
    4. 
  
  
  
  
  4. def bar(fun): 
    5. 
  
  
  
  
  5.     return fun(3) 
    6. 
  
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  
  7. value = bar(foo) 
    8. 
  
  
  
  
  8. print(value)  # 4 
    9.

函數(shù) bar 接收一個參數(shù)，這個參數(shù)是一個可被調(diào)用的函數(shù)對象，把函數(shù) foo 傳遞到 bar 中去時，foo 和 fun 兩個變量名指向的都是同一個函數(shù)對象 。所以調(diào)用 fun(3) 相當(dāng)于調(diào)用 foo(3)。

函數(shù)嵌套

函數(shù)不僅可以作為參數(shù)和返回值，函數(shù)還可以定義在另一個函數(shù)中，作為嵌套函數(shù)存在，例如：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def outer(): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     x = 1 
    3. 
  
  
  
  
  3.     def inner(): 
    4. 
  
  
  
  
  4.         print(x) 
    5. 
  
  
  
  
  5.     inner() 
    6. 
  
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  
  7. outer() # 1 
    8.

inner做為嵌套函數(shù)，它可以訪問外部函數(shù)的變量，調(diào)用 outer 函數(shù)時，發(fā)生了3件事：

  • 給 變量 x 賦值為1
  • 定義嵌套函數(shù) inner，此時并不會執(zhí)行 inner 中的代碼，因為該函數(shù)還沒被調(diào)用，直到第3步
  • 調(diào)用 inner 函數(shù)，執(zhí)行 inner 中的代碼邏輯。

閉包

再來看一個例子：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def outer(x): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     def inner(): 
    3. 
  
  
  
  
  3.         print(x) 
    4. 
  
  
  
  
  4.  
    5. 
  
  
  
  
  5.     return inner 
    6. 
  
  
  
  
  6. closure = outer(1) 
    7. 
  
  
  
  
  7. closure() # 1 
    8.

同樣是嵌套函數(shù)，只是稍改動一下，把局部變量 x 作為參數(shù)了傳遞進(jìn)來，嵌套函數(shù)不再直接在函數(shù)里被調(diào)用，而是作為返回值返回，這里的 closure就是一個閉包，本質(zhì)上它還是函數(shù)，閉包是引用了自由變量(x)的函數(shù)(inner)。

裝飾器

繼續(xù)往下看：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def foo(): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     print("foo") 
    3.

上面這個函數(shù)這可能是史上最簡單的業(yè)務(wù)代碼了，雖然沒什么用，但是能說明問題就行?，F(xiàn)在，有一個新的需求，需要在執(zhí)行該函數(shù)時加上日志：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def foo(): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     print("記錄日志開始") 
    3. 
  
  
  
  
  3.     print("foo") 
    4. 
  
  
  
  
  4.     print("記錄日志結(jié)束") 
    5.

功能實現(xiàn)，唯一的問題就是它需要侵入到原來的代碼里面，把日志邏輯加上去，如果還有好幾十個這樣的函數(shù)要加日志，也必須這樣做，顯然，這樣的代碼一點都不Pythonic。那么有沒有可能在不修改業(yè)務(wù)代碼的提前下，實現(xiàn)日志功能呢?答案就是裝飾器。

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. def outer(func): 
    2. 
  
  
  
  
  2.     def inner(): 
    3. 
  
  
  
  
  3.         print("記錄日志開始") 
    4. 
  
  
  
  
  4.         func() # 業(yè)務(wù)函數(shù) 
    5. 
  
  
  
  
  5.         print("記錄日志結(jié)束") 
    6. 
  
  
  
  
  6.     return inner 
    7. 
  
  
  
  
  7.  
    8. 
  
  
  
  
  8. def foo(): 
    9. 
  
  
  
  
  9.     print("foo") 
    10. 
  
  
  
  
  10.  
    11. 
  
  
  
  
  11. foo = outer(foo)  
    12. 
  
  
  
  
  12. foo() 
    13.

我沒有修改 foo 函數(shù)里面的任何邏輯，只是給 foo 變量重新賦值了，指向了一個新的函數(shù)對象。***調(diào)用 foo()，不僅能打印日志，業(yè)務(wù)邏輯也執(zhí)行完了?，F(xiàn)在來分析一下它的執(zhí)行流程。

這里的 outer 函數(shù)其實就是一個裝飾器，裝飾器是一個帶有函數(shù)作為參數(shù)并返回一個新函數(shù)的閉包，本質(zhì)上裝飾器也是函數(shù)。outer 函數(shù)的返回值是 inner 函數(shù)，在 inner 函數(shù)中，除了執(zhí)行日志操作，還有業(yè)務(wù)代碼，該函數(shù)重新賦值給 foo 變量后，調(diào)用 foo() 就相當(dāng)于調(diào)用 inner()

foo 重新賦值前：

重新賦值后：

另外，Python為裝飾器提供了語法糖 @，它用在函數(shù)的定義處：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. @outer 
    2. 
  
  
  
  
  2. def foo(): 
    3. 
  
  
  
  
  3.     print("foo") 
    4. 
  
  
  
  
  4.  
    5. 
  
  
  
  
  5. foo() 
    6.

這樣就省去了手動給foo重新賦值的步驟。

到這里不知你對裝飾器理解了沒有?當(dāng)然，裝飾器還可以更加復(fù)雜，比如可以接受參數(shù)的裝飾器，基于類的裝飾器等等。

【本文是專欄作者“劉志軍”的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號：Python之禪(VTtalk)】


文章標(biāo)題：裝飾器為什么難以理解？
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