python的裝飾器和閉包
內容
Python 的裝飾器是什麼？
裝飾器（Decorator）是 Python 中的一種用於擴充套件或修改函式/類行為的設計模式。它允許在不修改原有函式或類的情況下，動態地為其增加新的功能。這種功能在實踐中非常有用，例如在日誌記錄、效能測試、許可權控制、快取等場景中。
裝飾器的定義與使用
- 裝飾器的基本結構是一個函式，它接收另一個函式作為引數，並返回一個新的函式。
- 使用裝飾器時，通常透過
@decorator_name的語法，將其作用於某個函式或方法。
簡單示例：
def my_decorator(func):
def wrapper():
print("呼叫函式前的操作")
func()
print("呼叫函式後的操作")
return wrapper
@my_decorator # 等同於 say_hello = my_decorator(say_hello)
def say_hello():
print("Hello, World!")
say_hello()
輸出：
呼叫函式前的操作
Hello, World!
呼叫函式後的操作
解釋：
@my_decorator裝飾器將say_hello()函式傳遞給my_decorator()。my_decorator返回一個新的函式wrapper，該函式包裝了原始的say_hello()。- 當呼叫
say_hello()時，實際執行的是wrapper()，從而在呼叫原函式前後新增了新的行為。
帶引數的裝飾器：
如果被裝飾的函式接受引數，那麼 wrapper 函式也需要接受相應的引數：
def my_decorator(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
print("呼叫函式前的操作")
result = func(*args, **kwargs)
print("呼叫函式後的操作")
return result
return wrapper
@my_decorator
def add(a, b):
print(f"計算 {a} + {b}")
return a + b
result = add(3, 5)
print(f"結果是: {result}")
輸出：
呼叫函式前的操作
計算 3 + 5
呼叫函式後的操作
結果是: 8
解釋：
- 使用
*args和**kwargs，確保裝飾器可以支援任意引數的函式。
多個裝飾器的使用：
多個裝飾器可以層層疊加，執行順序是從上到下應用裝飾器：
def decorator1(func):
def wrapper():
print("執行 decorator1")
func()
return wrapper
def decorator2(func):
def wrapper():
print("執行 decorator2")
func()
return wrapper
@decorator1
@decorator2
def say_hi():
print("Hi!")
say_hi()
輸出：
執行 decorator1
執行 decorator2
Hi!
解釋：
@decorator1包裹了@decorator2，所以decorator1先執行。
裝飾器的實際應用場景：
- 日誌記錄：
def log(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
print(f"正在呼叫 {func.__name__} 函式")
return func(*args, **kwargs)
return wrapper
@log
def greet(name):
print(f"Hello, {name}!")
greet("Alice")
輸出：
正在呼叫 greet 函式
Hello, Alice!
- 許可權控制：
def require_permission(permission):
def decorator(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
if permission != "admin":
print("許可權不足，無法執行該操作")
return
return func(*args, **kwargs)
return wrapper
return decorator
@require_permission("user")
def delete_user():
print("使用者已刪除")
delete_user()
輸出：
許可權不足，無法執行該操作
類裝飾器：
除了裝飾函式之外，裝飾器還可以用於裝飾類：
def add_method(cls):
cls.new_method = lambda self: print("這是新新增的方法")
return cls
@add_method
class MyClass:
pass
obj = MyClass()
obj.new_method() # 呼叫裝飾器新增的新方法
輸出：
這是新新增的方法
總結：
- 裝飾器是一種強大的工具，可以動態地為函式或類新增功能。
- 它們透過
@decorator的語法，使程式碼更加簡潔和易讀。 - 常見的應用場景包括：日誌記錄、許可權控制、快取、效能監控等。
理解裝飾器的關鍵在於：裝飾器本質上是高階函式，它們接收一個函式或類並返回一個新的函式或類。裝飾器的使用可以大大提高程式碼的複用性和可維護性。
什麼是閉包？
閉包（Closure）是指在內嵌函式中，引用了外部函式中的變數，並且即使外部函式執行完畢，這些變數仍然儲存在內嵌函式的作用域中。這種結構使得函式能夠“記住”其外部環境的變數。
閉包的核心在於：
- 函式巢狀：函式內部定義另一個函式。
- 外層函式的變數被內層函式引用。
- 外層函式的作用域結束後，變數依然儲存在內層函式中。
閉包的簡單例子
def outer_function(x):
def inner_function(y):
return x + y # 內嵌函式引用了外部函式的變數 x
return inner_function # 返回內嵌函式
closure = outer_function(10) # outer_function 執行完畢，返回 inner_function
result = closure(5) # 相當於呼叫 inner_function(5)
print(result) # 輸出: 15
解釋：
outer_function接受一個引數x，並定義了一個內嵌函式inner_function。inner_function使用了外部函式outer_function中的變數x。- 當
outer_function執行完畢後，返回inner_function函式物件。 - 雖然
outer_function的作用域已經結束，但由於inner_function是閉包，它保留了對變數x的引用。
閉包的作用
- 儲存狀態：閉包可以記住函式的某些狀態，即使外部作用域已經結束。
- 延遲執行：閉包可以延遲計算或操作，直到真正需要時才執行。
- 函數語言程式設計的基礎：在某些語言中（如 Python、JavaScript），閉包是實現回撥、裝飾器等模式的重要基礎。
閉包與作用域的關係
讓我們再看一個涉及作用域的閉包示例：
def counter():
count = 0 # 外部變數
def increment():
nonlocal count # 使用 nonlocal 宣告引用外層作用域中的變數
count += 1
return count
return increment
counter_fn = counter() # 返回內嵌的 increment 函式
print(counter_fn()) # 輸出: 1
print(counter_fn()) # 輸出: 2
print(counter_fn()) # 輸出: 3
解釋：
counter函式建立了一個變數count，並返回一個increment內嵌函式。- 每次呼叫
increment時，都會更新並返回count的值。 - 由於
increment是閉包，它可以訪問外部函式的變數count，即使counter已經執行完畢。
閉包的常見應用：
1. 裝飾器：
裝飾器本質上就是閉包，封裝了原函式及其狀態。
def multiply_by(factor):
def decorator(func):
def wrapper(*args, **kwargs):
return factor * func(*args, **kwargs)
return wrapper
return decorator
@multiply_by(2)
def add(a, b):
return a + b
print(add(3, 5)) # 輸出: 16
解釋：
- 裝飾器
multiply_by(2)建立了一個閉包，將factor=2存在wrapper中。 - 當呼叫
add(3, 5)時，裝飾器將結果乘以2。
2. 回撥函式：
閉包常用於非同步程式設計中的回撥函式，儲存狀態直到非同步操作完成。
總結：
閉包（Closure）是函式的一種特性，使得內嵌函式可以“記住”外部函式的變數，即使外部函式已經執行完畢。這種特性使得閉包在程式設計中非常有用，尤其是在處理狀態儲存、裝飾器和回撥函式時。
關鍵點：
- 內嵌函式引用外部函式中的變數。
- 外部函式執行完畢後，內嵌函式仍然可以使用這些變數。
nonlocal關鍵字允許內嵌函式修改外部作用域中的變數。
閉包不僅使程式碼更加簡潔，還能實現強大的功能，是 Python 程式設計中的重要概念。