深入了解Python装饰器的高级用法

原文地址
https://www.codementor.io/python/tutorial/advanced-use-python-decorators-class-function

介绍

我写这篇文章的主要目的是介绍装饰器的高级用法。如果你对装饰器知之甚少，或者对本文讲到的知识点易混淆。我建议你复习下装饰器基础教程。
本教程的目标是介绍装饰器的一些有趣的用法。特别是怎样在类中使用装饰器，怎样给装饰器传递额外的参数。

装饰器 vs 装饰器模式

Decorator模式是一个面向对象的设计模式，它允许动态地往现有的对象添加行为。当你装饰了一个对象，在某种程度上，你是在独立于同一个类的其他实例的基础上扩展其功能。
Python装饰器不是装饰器模式的实现，它在函数、方法定义的时候添加功能，而不是在运行的时候添加。Decorator设计模式本身可以在Python中实现，因为Python是动态编程语言，所以没有必要这样做。

一个基础的装饰器

这是装饰器的最简单例子，在继续往下面阅读之前请确保理解此段代码。如果你需要更多关于此代码的解释，请复习下基础装饰器教程。

def time_this(original_function): 
  def new_function(*args, **kwargs):
    import datetime 
    before = datetime.datetime.now() 
    x = original_function(*args, **kwargs) 
    after = datetime.datetime.now() 
    print("Elapsed Time = {}".format(after-before)) 
    return x 
  return new_function
@time_this
def func_a(stuff): 
  import time 
  time.sleep(stuff) 
  func_a(3)
# out:
Elapsed Time = 0:00:03.012472

带参数的装饰器

有时候带参数的装饰器会非常有用，这种技术经常用在函数注册中。在web框架Pyramid中经常有用到，例如：

@view_config(route_name='home', renderer='templates/mytemplate.pt')
def my_view(request): 
  return {'project': 'hello decorators'}

比方说，我们有一个用户可以登录并且可以和用户交互的GUI应用程序。用户和GUI界面的交互触发事件，导致Python函数执行。假设有许多使用该图形界面的用户，他们各自的权限级别差异很大，不同的功能执行需要不同的权限。比如，考虑以下功能：

# 假设这些函数是存在的
def current_user_id(): 
  """ this function returns the current logged in user id, if the use is not authenticated the return None """
def get_permissions(iUserId): 
  """ returns a list of permission strings for the given user. For example ['logged_in','administrator','premium_member'] """
# 在这些函数中我们需要实现权限检查 
def delete_user(iUserId): 
  """ delete the user with the given Id. This function is only accessable to users with administrator permissions """ 
def new_game(): 
  """ any logged in user can start a new game """ 
def premium_checkpoint(): 
  """ save the game progress, only accessable to premium members """

一种实现这些权限检查的方式是实现多个装饰器，比如：

def requires_admin(fn): 
  def ret_fn(*args,**kwargs): 
    lPermissions = get_permissions(current_user_id()) 
    if 'administrator' in lPermissions: 
      return fn(*args,**kwargs) 
    else: raise Exception("Not allowed") 
  return ret_fn
def requires_logged_in(fn): 
  def ret_fn(*args,**kwargs): 
    lPermissions = get_permissions(current_user_id()) 
    if 'logged_in' in lPermissions: 
      return fn(*args,**kwargs) 
    else: 
      raise Exception("Not allowed") 
    return ret_fn 
def requires_premium_member(fn): 
  def ret_fn(*args,**kwargs): 
    lPermissions = get_permissions(current_user_id()) 
    if 'premium_member' in lPermissions: 
      return fn(*args,**kwargs) 
    else: 
      raise Exception("Not allowed") 
    return ret_fn 
@requires_admin
def delete_user(iUserId): 
""" delete the user with the given Id. This function is only accessable to users with administrator permissions """
@requires_logged_in
def new_game(): 
""" any logged in user can start a new game """ @requires_premium_member
def premium_checkpoint(): 
""" save the game progress, only accessable to premium members """

但是，这太可怕了。这需要大量的复制粘贴，每个装饰器需要一个不同的名字，如果有任何关于权限检查的改变，每个装饰器都需要修改。就没有一个装饰器把以上三个装饰器的工作都干了的吗？

为了解决此问题，我们需要一个返回装饰器的函数：

def requires_permission(sPermission): 
  def decorator(fn): 
    def decorated(*args,**kwargs): 
      lPermissions = get_permissions(current_user_id()) 
      if sPermission in lPermissions: 
        return fn(*args,**kwargs)
      raise Exception("permission denied") 
    return decorated 
  return decorator
def get_permissions(iUserId): 
  # this is here so that the decorator doesn't throw NameErrors 
  return ['logged_in',]
def current_user_id(): 
  #ditto on the NameErrors 
  return 1
#and now we can decorate stuff... 
@requires_permission('administrator')
def delete_user(iUserId): 
""" delete the user with the given Id. This function is only accessible to users with administrator permissions """
@requires_permission('logged_in')
def new_game(): 
""" any logged in user can start a new game """ @requires_permission('premium_member')
def premium_checkpoint(): 
""" save the game progress, only accessable to premium members """

尝试一下调用delete_user，new name和premium_checkpoint然后看看发生了什么。
premium_checkpoint 和delete_user 产生了一个“permission denied”的异常，new_game执行正常。
下面是带参数装饰的一般形式，和例子的使用：

def outer_decorator(*outer_args,**outer_kwargs): 
  def decorator(fn): 
    def decorated(*args,**kwargs):
      do_something(*outer_args,**outer_kwargs) 
      return fn(*args,**kwargs) 
    return decorated 
  return decorator 
@outer_decorator(1,2,3)
def foo(a,b,c): 
  print(a) 
  print(b) 
  print(c)
foo()

等价于：

def decorator(fn): 
  def decorated(*args,**kwargs): 
    do_something(1,2,3) 
    return fn(*args,**kwargs) 
  return decorated 
return decorator 
@decorator
def foo(a,b,c): 
  print(a)
  print(b) 
  print(c)
foo()

类装饰器

装饰器不仅可以修饰函数，还可以对类进行装饰。比如说，我们有一个类，该类含有许多重要的方法，我们需要记录每一个方法执行的时间。我们可以使用上述的time_this装饰此类：

class ImportantStuff(object): 
@time_this 
def do_stuff_1(self): 
  pass
@time_this 
def do_stuff_2(self): 
  pass
@time_this 
def do_stuff_3(self): 
  pass

此方法可以运行正常。但是在该类中存在许多多余的代码，如果我们想建立更多的类方法并且遗忘了装饰其中的一个方法，如果我们不想装饰该类中的方法了，会发生什么样的情况呢？这可能会存在出现认为错误的空间，如果写成这样会更有好：

@time_all_class_methods
class ImportantStuff: 
  def do_stuff_1(self):
    pass
  def do_stuff_2(self):
    pass
  def do_stuff_3(self):
    pass

等价于：

class ImportantStuff: 
  def do_stuff_1(self):
    pass
  def do_stuff_2(self):
    pass
  def do_stuff_3(self):
    pass
ImportantStuff = time_all_class_methods(ImportantStuff)

那么time_all_class_methods是怎么工作的呢？
首先，我们需要采用一个类作为参数，然后返回一个类，我们也要知道返回的类的功能应该和原始类ImportantStuff功能一样。也就是说，我们仍然希望做重要的事情，我们希望记录下每个步骤发生的时间。我们写成这样：

def time_this(original_function): 
  print("decorating") 
  def new_function(*args,**kwargs): 
    print("starting timer") 
    import datetime 
    before = datetime.datetime.now() 
    x = original_function(*args,**kwargs) 
    after = datetime.datetime.now() 
    print("Elapsed Time = {0}".format(after-before)) 
    return x 
  return new_function
def time_all_class_methods(Cls): 
  class NewCls: 
    def __init__(self,*args,**kwargs): 
      self.oInstance = Cls(*args,**kwargs) 
    def __getattribute__(self,s): 
      try: 
        x = super(NewCls,self).__getattribute__(s) 
      except AttributeError: 
        pass 
      else: 
        return x 
      x = self.oInstance.__getattribute__(s) 
      if type(x) == type(self.__init__): 
        return time_this(x) 
      else: 
        return x 
    return NewCls
@time_all_class_methods
class Foo: 
  def a(self): 
    print("entering a") 
    import time 
    time.sleep(3) 
    print("exiting a")
oF = Foo()
oF.a()
# out：
decorating
starting timer
entering a
exiting a
Elapsed Time = 0:00:03.006767

总结

在此篇教程中，我们给大家展示了一些Python装饰器使用的技巧-我们介绍了怎么样把参数传递给装饰器，怎样装饰类。但是这仅仅是冰山一角。除了本文介绍的之外，还有其他好多装饰器的使用方法，我们甚至可以使用装饰器装饰装饰器（如果你有机会使用到它，这可能是一个做全面检查的好方法）。Python有一些内置的装饰器，比如：staticmethod，classmethod
阅读完本文还需要学习什么呢？通常是没有比我在文章中展示的装饰器更复杂的了，如果你有兴趣学习更多关于改变类功能的方法，我建议您阅读下继承和OOP设计原则。或者你可以试试阅读一下元类。