在 Python 中，裝飾器（Decorator） 是一種設計模式，用于在不修改函數或類代碼的情況下動態地擴展其功能。裝飾器廣泛應用于日志記錄、性能監控、權限驗證等場景，提供了一種簡潔優雅的方式來“包裹”現有的代碼。本文將介紹裝飾器的基本概念、使用方式及常見場景。

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1. 什么是裝飾器？

裝飾器是一個 高階函數，它接受一個函數或類作為輸入，并返回一個新的函數或類，通常用于增加額外的功能。通過裝飾器，我們可以在不修改原始代碼的情況下擴展函數或類的行為。裝飾器的核心思想是 “包裝”，它用來增強或修改目標函數或類的功能。

2. 裝飾器的基本語法

裝飾器的基本語法形式是：

@decorator_function
def target_function():pass

等價于：

def target_function():passtarget_function = decorator_function(target_function)

3. 創建一個簡單的函數裝飾器

函數裝飾器的實現通常包含兩個函數：一個是裝飾器本身，另一個是“包裝函數”。包裝函數會在原始函數執行前后執行自定義邏輯。

示例：簡單的日志裝飾器

def log_decorator(func):def wrapper(*args, **kwargs):print(f"Calling function: {func.__name__}")result = func(*args, **kwargs)print(f"Function {func.__name__} finished")return resultreturn wrapper@log_decorator
def say_hello(name):print(f"Hello, {name}!")say_hello("Alice")

輸出：

Calling function: say_hello
Hello, Alice!
Function say_hello finished

解釋：

• log_decorator 是裝飾器，它接收 say_hello 函數作為參數，返回一個新的函數 wrapper，wrapper 在執行 say_hello 之前和之后打印日志。

4. 帶參數的裝飾器

裝飾器本身可以帶參數，這時需要增加額外的嵌套層級。這樣可以讓裝飾器在使用時更加靈活。

示例：帶參數的裝飾器

def repeat_decorator(repeat_count):def decorator(func):def wrapper(*args, **kwargs):for _ in range(repeat_count):result = func(*args, **kwargs)return resultreturn wrapperreturn decorator@repeat_decorator(repeat_count=3)
def say_hello(name):print(f"Hello, {name}!")say_hello("Alice")

輸出：

Hello, Alice!
Hello, Alice!
Hello, Alice!

解釋：

• repeat_decorator 裝飾器可以接受一個 repeat_count 參數，表示函數執行的次數。在 wrapper 函數中，調用目標函數多次。

5. 類裝飾器

除了函數裝飾器，Python 也支持類裝飾器，用于修改或增強類的行為。

示例：類裝飾器

def add_method(cls):def new_method(self):print("This is a new method")cls.new_method = new_methodreturn cls@add_method
class MyClass:def greet(self):print("Hello!")obj = MyClass()
obj.greet()      # 調用原方法
obj.new_method() # 調用新添加的方法

輸出：

Hello!
This is a new method

解釋：

• add_method 裝飾器給 MyClass 類添加了一個新的方法 new_method。通過 @add_method 裝飾器，類 MyClass 被修改，新增了一個方法。

6. 使用 functools.wraps 保持原函數屬性

當我們使用裝飾器時，目標函數的元數據（如函數名、文檔字符串等）會被包裝函數覆蓋。為了保留原函數的屬性，我們可以使用 functools.wraps 裝飾器。

示例：使用 wraps 保持元數據

from functools import wrapsdef log_decorator(func):@wraps(func)def wrapper(*args, **kwargs):print(f"Calling function: {func.__name__}")return func(*args, **kwargs)return wrapper@log_decorator
def say_hello(name):"""Say hello to someone."""print(f"Hello, {name}!")print(say_hello.__name__)  # 輸出函數的名字
print(say_hello.__doc__)   # 輸出函數的文檔字符串

輸出：

say_hello
Say hello to someone.

解釋：

• 使用 @wraps(func) 保證了裝飾器函數 wrapper 保留了原始函數 say_hello 的名字和文檔字符串。

7. 常見應用場景

7.1 緩存結果（Memoization）

裝飾器可以用于緩存函數的返回結果，避免重復計算，提升性能。

示例：緩存裝飾器

def memoize(func):cache = {}def wrapper(*args):if args not in cache:cache[args] = func(*args)return cache[args]return wrapper@memoize
def slow_function(x):print(f"Computing {x}...")return x * xprint(slow_function(5))
print(slow_function(5))  # 緩存值，不會重復計算

輸出：

Computing 5...
25
25

7.2 權限驗證

裝飾器常用于在執行函數前進行權限驗證或用戶身份檢查。

示例：權限驗證裝飾器

def requires_permission(func):def wrapper(user, *args, **kwargs):if not user.get("is_admin", False):raise PermissionError("User does not have permission")return func(user, *args, **kwargs)return wrapper@requires_permission
def delete_user(user, username):print(f"Deleting user {username}")user = {"name": "Alice", "is_admin": False}
delete_user(user, "Bob")  # 拋出權限錯誤

8. 總結

裝飾器是 Python 中的一項強大功能，能夠讓我們以非常簡潔的方式在不改變原始代碼的情況下增加功能。它們不僅適用于函數，也可以用于類、方法等。裝飾器常常用于日志記錄、緩存、權限驗證等場景，在 Python 開發中十分常見。