装饰器

  实际上理解装饰器的作用很简单,在看core python相关章节的时候大概就是这种感觉。只是在实际应用的时候,发现自己很难靠直觉决定如何使用装饰器,特别是带参数的装饰器,于是摊开来思考了一番,写下一些心得。

装饰器简述

  为了完整起见,这里简要说明一下装饰器的语法。装饰器分为带参数得装饰器以及不带参数得装饰器。装饰器以及使用效果看起来大概是这样的。

#语法是这个样子的
@decorator(dec_opt_args)
def func2Bdecorated(func_opt_args):
...
#不带参数的装饰器
@dec1
@dec2
def func():
...
#这个函数声明等价于
func = dec1(dec2(func)) #带参数的装饰器
@dec(some_args)
def func():
...
#这个函数声明等价于
func = dec(some_args)(func)

不带参数的装饰器需要注意的一些细节

  这里将说明使用带参数的装饰器时需要注意的一些细节。并会实现一个简单缓存装饰器,来帮助理解。

1. 关于装饰器函数(decorator)本身

  对于被装饰的函数func,不带参数的装饰器接受一个函数为参数,并返回一个装饰过的函数decorated_func。因为对返回的函数没有限制,所以decorator函数甚至可以返回与func完全无关的新函数。但是大部分情况下,decorated_func是对func的额外处理,因此一个装饰器一般对应两个函数,一个是decorator函数,用来进行一些初始化操作处理,一个是decorated_func用来实现对被装饰的函数func的额外处理。并且为了保持对func的引用,decorated_func一般作为decorator的内部函数,比如:

#一般将decorated_func作为decorator的内部函数
#因为内部函数可以保持对func的引用(详见(1)的闭包讲解)
>>> def decorator(func):
... print 'init opration'
... def decorated_func():
... return func(2)
... return decorated_func
...

2. decorator函数只在函数声明的时候被调用一次

  装饰器实际上是语法糖,在声明函数之后就会被调用,产生decorated_func,并把func符号的引用替换为decorated_func。之后每次调用func函数,实际调用的是decorated_func。

>>> def decorator(func):
... def decorated_func():
... func(1)
... return decorated_func
...
#声明时就被调用
>>> @decorator
... def func(x):
... print x
...
decorator being called
#使用func()函数实际上使用的是decorated_func函数
>>> func()
1
>>> func.__name__
'decorated_func'

  如果要保证返回的decorated_func的函数名与func的函数名相同,应当在decorator函数返回decorated_func之前,加入decorated_func.__name__ = func.__name__, 另外functools模块提供了wraps装饰器,可以完成这一动作。

#@wraps(func)的操作相当于
#在return decorated_func之前,执行
#decorated_func.__name__ = func.__name__
#func作为装饰器参数传入,
#decorated_func则作为wraps返回的函数的参数传入
>>> def decorator(func):
... @wraps(func)
... def decorated_func():
... func(1)
... return decorated_func
...
#声明时就被调用
>>> @decorator
... def func(x):
... print x
...
decorator being called
#使用func()函数实际上使用的是decorated_func函数
>>> func()
1
>>> func.__name__
'func'

3. decorator函数局部变量的妙用

  因为closure的特性(详见(1)部分闭包部分的详解),decorator声明的变量会被decorated_func.func_closure引用,所以调用了decorator方法结束之后,decorator方法的局部变量也不会被回收,因此可以用decorator方法的局部变量作为计数器,缓存等等。值得注意的是,如果要改变变量的值,该变量一定要是可变对象,因此就算是计数器,也应当用列表来实现。并且声明一次函数调用一次decorator函数,所以不同函数的计数器之间互不冲突,例如:


#!/usr/bin/env python
#filename decorator.py
def decorator(func):
#注意这里使用可变对象
a = [0]
def decorated_func(*args,**keyargs):
func(*args, **keyargs)
#因为闭包是浅拷贝,如果是不可变对象,每次调用完成后符号都会被清空,导致错误
a[0] += 1
print "%s have bing called %d times" % (func.__name__, a[0]) return decorated_func @decorator
def func(x):
print x @decorator
def theOtherFunc(x):
print x
>>> from decorator import func
>>> from decorator import theOtherFunc
>>> func(0)
0
func have bing called 1 times
>>> func(0)
0
func have bing called 2 times
>>> func(0)
0
func have bing called 3 times
>>> theOtherFunc(0)
0
theOtherFunc have bing called 1 times
>>> theOtherFunc(1)
1
theOtherFunc have bing called 2 times
>>> theOtherFunc(2)
2
theOtherFunc have bing called 3 times

4. 简单的结果缓存装饰器

#coding=UTF-8
#!/usr/bin/env python
#filename decorator.py
import time
from functools import wraps
def decorator(func):
"cache for function result, which is immutable with fixed arguments"
print "initial cache for %s" % func.__name__
cache = {} @wraps(func)
def decorated_func(*args,**kwargs):
#key必须是可哈希对象
#这里其实不严谨,如果kwargs值有不可哈希对象会出错
#简单起见这里不再做特殊处理
key = (args, tuple(kwargs.items()))
result = None
#判断是否存在缓存
if key in cache:
(result, updateTime) = cache[key]
#过期时间固定为10秒
if time.time() -updateTime < 10:
print "cache hit for", key
else :
print "cache expired for", key
result = None
else:
print "no cache for ", key
#如果过期,或则没有缓存调用方法
if result is None:
result = func(*args, **kwargs)
cache[key] = (result, time.time())
return result return decorated_func @decorator
def func(x):
if x <=1:
return 1
return x + func(x-1)
>>> from decorator import func
initial cache for func
>>> func(5)
no cache for ((5,), ())
no cache for ((4,), ())
no cache for ((3,), ())
no cache for ((2,), ())
no cache for ((1,), ())
15
>>> func(5)
cache hit for ((5,), ())
15
>>> func(1)
cache expired for ((1,), ())
1
>>> func(2)
cache expired for ((2,), ())
cache hit for ((1,), ())
3

带参数的装饰器

  熟悉了不带参数的装饰器的使用之后,理解带参数的装饰器就简单很多了。带参数的装饰器主要用来传递一些设置,或者用来选择不同的装饰器。
  我们已经知道,不带参数的装饰器调用decorator返回decorated_func。那么带参数的装饰器,就是返回decorator方法,再由decorator方法处理后,返回decorated_func。因此带参数的装饰器一般由3个方法组成,首先,调用settings_func用来接受参数, 并选择decorator方法, 之后调用返回的decorator方法产生decorated_func来对func进行额外处理。
  有了settings_func我们就可以对decorator进行定制。如之前的实现的缓存方法,过期时间固定为10秒,有了settings_func我们就可以自定义过期时间,判断是否进行调试输出等。

1. 为缓存装饰器增加配置参数

  这里加入了对过期时间的配置,和调试输出的开关。
  

#coding=UTF-8
#!/usr/bin/env python
#filename decorator.py
import time
from functools import wraps
def cache(expirationTime, debug=False):
def decorator(func):
if debug:
print "initial cache for %s" % func.__name__
cache = {} @wraps(func)
def decorated_func(*args,**kwargs):
#key必须是可哈希对象
#这里其实不严谨,如果kwargs值有不可哈希对象会出错
#简单起见这里不再做特殊处理
key = (args, tuple(kwargs.items()))
result = None
if key in cache:
(result, updateTime) = cache[key]
if time.time() -updateTime < expirationTime:
print "cache hit for", key
else :
if debug:
print "cache expired for", key
result = None
elif debug:
print "no cache for ", key if result is None:
result = func(*args, **kwargs)
cache[key] = (result, time.time())
return result return decorated_func
return decorator @cache(10)
def func(x):
if x <=1:
return 1
return x + func(x-1)

可以看到除了cache hit,其他的消息都被debug=False关闭了。

>>> func(5)
15
>>> func(1)
cache hit for ((1,), ())
1
>>> func(2)
cache hit for ((2,), ())
3
>>> func(3)
cache hit for ((2,), ())
6

被装饰的函数共用变量

  上面的例子由于装饰器的变量(计数器,缓存)是在装饰器的方法中声明的,所以不同方法的这些变量是不通用的。要使得同一个装饰器装饰的不同方法变量通用(如共用缓存等),可以使用类属性,或全局变量来实现。

lambda表达式

  lambda表达式实际上就是匿名函数,类似javascript的function([arg1,[arg2[...]]]){...}。 python中lambda表达式返回的就是函数实例。 语法中lambda后面跟随的是参数, 冒号后面跟随的是返回的结果。

>>> bar = lambda x,y : x+y
>>> type(bar)
<type 'function'>
>>> bar(1,2)
3

同时,lambda表达式也具有closure(闭包)的特性:

>>> def foo():
... x = 5
... y = 5
... bar = lambda : x+y
... return bar
...
>>> foo()()
10

  总之,函数具有的特性,lambda表达式都具有。像给参数赋默认值啊, lambda内部的变量不受外部影响啊,全部都与函数的行为一模一样。

#默认参数
>>> y=2
>>> bar = lambda x, y =y : x + y
>>> bar(3)
5
#lambda定义的变量不受外部影响
>>> y = 5
>>> bar(3)
5
>>>

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