python —— 高阶函数、嵌套函数与装饰器

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前言

  本篇文章，贯穿始终的示例是：为了不改变原函数的基础上，为其加上开始和终止的时间戳。

import time def func(): # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') print('程序主体正在运行中……') time.sleep(5) # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') func() 

一、什么是装饰器

1.1 装饰器的概念及特点

1. 装饰器不能修改被装饰函数的源码
2. 装饰器不能修改被装饰函数的调用方式

二、高阶函数

   构造函数的第一步是构造一个高阶函数。

2.1 什么是高阶函数

   符合下列条件之一的函数就是高阶函数：

1. 接受函数名作为形参
2. 返回值中包含函数名

   也就是说，一般函数是处理变量，返回变量值的。而高阶函数是处理函数，返回函数的。

2.2 变量与函数

  上一节介绍什么是高阶函数时我们多次提到了函数名，那我们先探讨一下什么是函数名，什么是变量，他们有什么关系。
  我们所说的python中的变量名与函数名，其实就是我们电脑中的一串内存地址，我们调用变量和函数的时候都是对其对应内存地址内的数据的调用。

>>> a = 5 >>> b = a # 使得b指向a所存储数据的内存地址，也就是把5这个数据所在的内存地址赋值给b >>> # 输出a, b的值 >>> print('a的值为：', a) a的值为： 5 >>> print('b的值为：', b) b的值为： 5 >>> # 输出a, b的内存地址，应该是相同的 >>> print('a的内存地址为：', id(a)) a的内存地址为： 96 >>> print('b的内存地址为：', id(b)) b的内存地址为： 96 >>> 

函数也是一样的，可以参考Python —— 函数或类后面括号的作用

def func(arg): print(f'函数名为{ 
      arg}') b = func # 使得b指向func函数所存在的内存地址，也就是把函数func所在的内存地址赋值给b # 执行func, b函数 func('func') b('b') # 输出func, b的内存地址，应该是相同的 print('a的内存地址为：', id(func)) print('b的内存地址为：', id(b)) """ 输出如下： 函数名为func 函数名为b a的内存地址为： 40 b的内存地址为： 40 """ 

2.3 高阶函数的使用及意义

  我们先以前言中提到的目的为例：

import time def func(): # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') print('程序主体正在运行中……') time.sleep(5) # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') def higher_order_func(input_func): # 这里给高阶函数设置了形参，形参为一个函数名 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') return input_func # 这里返回了一个函数名 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') # 1. 这里我们将函数名func作为形参传入 # 2. 执行的higher_order_func函数并在中途返回了input_func # 3. 相当于我们又重新拿到了作为实参传入的func # 4. 我们再去执行他func() func = higher_order_func(func) func() 

输出如下：

10:33:09 开始运行程序 程序主体正在运行中…… 

1. 接受函数名作为形参（这样可以不改变被装饰代码的前提下增加功能）
2. 返回值中包含函数名（不改变被装饰函数的调用方式）

  但是细心的人就会从上面代码的执行结果发现两个问题：

1. 开始运行程序的打印信息不是在执行func()函数的时候打印出来的，而是在func = higher_order_func(func)时就已经打印了。如果两行代码中间有其他代码执行，那么这个时间就是不准的。
2. 上述代码中程序运行结束没有打印出来

  这里我们就需要用到嵌套函数来解决这个问题。

三、嵌套函数

2.1 什么是嵌套函数

  嵌套函数，顾名思义，就是函数里面套了一个函数，形式如下：

def outer_func(): def inner_func(): pass inner_func() return inner_func 

  上面的例子中就是outer_func()里面又定义了inner_func()。我们可以在outer_func()内部调用它使用或者return后在外部调用他使用。这是后话我们后面再说

2.2 嵌套函数的意义

  现在我们来解决我们上一章节留下来的问题。代码示例如下：

import time def func(): # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') print('程序主体正在运行中……') time.sleep(5) # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') def higher_order_func(input_func): # 这里给高阶函数设置了形参，形参为一个函数名 def add_info(): print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') input_func() print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') return add_info # 这里返回了higher_order_func中的子函数add_info，也就是返回了add_info的内存地址 # 1. 这里我们将函数名func作为形参传入 # 2. higher_order_func的返回值为add_info的函数名， # 3. 所以higher_order_func(func)相当于执行了higher_order_func函数并得到了返回值add_info, 得到了add_info函数 # 4. 那么higher_order_func(func)()就相当于add_info(), 也就是说我们执行了add_info() func = higher_order_func(func) func() # 这里实际相当于执行了higher_order_func(func)() 

输出如下：

13:16:30 开始运行程序 程序主体正在运行中…… 13:16:35 程序运行结束 

1. 封装想要添加的功能代码
2. 调用作为参数传入的函数名
3. 返回嵌套函数的函数名

四、装饰器类型

4.1 普通装饰器

  其实根据上述两个章节的介绍我们已经完成的简单的装饰器，就是高阶函数+嵌套函数 = 装饰器函数。但是Python给了我们一种更便捷、规范的方式来使用它。
  我们认为上述代码中下述两行比较多余，我还得对func = higher_order_func(func)赋值一下使用。

func = higher_order_func(func) func() # 这里实际相当于执行了higher_order_func(func)() 

  所以我们用@decorator来替换上述赋值方式。具体代码如下：

import time def higher_order_func(input_func): def add_info(): print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') input_func() print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') return add_info @higher_order_func # 此处为Python语法糖，就相当于func函数名作为参数传给了名为higher_order_func的装饰器 def func(): # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') print('程序主体正在运行中……') time.sleep(5) # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') func() 

输出如下

13:14:55 开始运行程序 程序主体正在运行中…… 13:15:00 程序运行结束 

4.2 被装饰函数带参数

  我们有些时候被装饰函数是要带参数的例如def func(name)这样我们就需要对上述代码做出改变：

import time def higher_order_func(input_func): def add_info(*args, kwargs): # 可以传入任意形式的参数 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') input_func(*args, kwargs) # 将参数解包再传给input_func print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') return add_info @higher_order_func # 此处为Python语法糖，就相当于func函数名作为参数传给了名为higher_order_func的装饰器 def func(name): # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') print('程序主体正在运行中……') print(f'传入参数为{ 
      name}') time.sleep(5) # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') func('Tom') # 传入参数'Tom'，由于实际相当于在执行add_info()，那么参数实际传入给了add_info()函数 

输出如下：

13:35:27 开始运行程序 程序主体正在运行中…… 传入参数为Tom 13:35:32 程序运行结束 

  我们再详细的对其解读一下，其中我们用到了(*args, kwargs)写法，我们可以参考Python ——*号的常用用法来学习。如果不想看就记住这种固定的搭配。

4.3 装饰器本身带参数

import time def higher_order_func(enable_start_info=True, enable_stop_info=True): def receive_func_name(input_func): def add_info(*args, kwargs): if enable_start_info: # 使用了装饰器传进来的参数 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') input_func(*args, kwargs) if enable_stop_info: # 使用了装饰器传进来的参数 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') return add_info return receive_func_name @higher_order_func(enable_start_info=False, enable_stop_info=True) # 此处对其传参启用具体功能 def func(name): # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') print('程序主体正在运行中……') print(f'传入参数为{ 
      name}') time.sleep(5) # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') func('Tom') # 传入参数'Tom'，由于实际相当于在执行add_info()，那么参数实际传入给了add_info()函数 

输出：

程序主体正在运行中…… 传入参数为Tom 14:06:21 程序运行结束 

4.4 被装饰函数带返回值

  如果我们func函数有返回值，我们可以直接复制给一个变量，在add_info函数中返回。

import time def higher_order_func(enable_start_info=True, enable_stop_info=True): def receive_func_name(input_func): def add_info(*args, kwargs): if enable_start_info: # 使用了装饰器传进来的参数 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') input_func_return_value = input_func(*args, kwargs) if enable_stop_info: # 使用了装饰器传进来的参数 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') return input_func_return_value return add_info return receive_func_name @higher_order_func(enable_start_info=False, enable_stop_info=True) # 此处对其传参启用具体功能 def func(name): # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '开始运行程序') print('程序主体正在运行中……') print(f'传入参数为{ 
      name}') time.sleep(5) return 'func_return_value' # 想在此处加上 print(time.strftime('%H:%M:%S', time.localtime()), '程序运行结束') print(func('Tom')) # 由于实际相当于在执行add_info()，那么我们打印的就是add_info的返回值，上面我们把input_func的返回值传递给了add_info的返回值 

输出如下：

程序主体正在运行中…… 传入参数为Tom 14:23:09 程序运行结束 func_return_value 

参考文章

1. Python开发编程高级进阶教程