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Python闭包与几种装饰器浅析

Python闭包与几种装饰器浅析

作者: 越大大雨天 | 来源:发表于2019-05-07 20:54 被阅读30次

    闭包

    闭包是什么?
    闭包可以保存外部函数的变量,可以增加代码的复用性,那具体闭包的构成是什么?

    1. 闭包构成条件
    • 在函数嵌套(函数里面再定义函数)的前提下
    • 内部函数使用了外部函数的变量(还包括外部函数的参数)
    • 外部函数返回了内部函数
    2. 简单闭包代码示例
    def person(name):
        def say(info):
            print(name,"说:",info)
        return say
    

    按闭包的构成条件检查以上代码,3个条件都能符合,因此内部函数为闭包。
    我们按以下代码调用闭包函数:

    jerry =person("Jerry")
    tom = person("Tom")
    
    jerry("我爱python")
    tom("php天下第一")
    jerry("python是世界上最好的语言")
    tom("我不管,php才是")
    person("Lily")("反正我不喜欢程序员")
    

    输出如下:

    Jerry 说: 我爱python
    Tom 说: php天下第一
    Jerry 说: python是世界上最好的语言
    Tom 说: 我不管,php才是
    Lily 说: 反正我不喜欢程序员
    
    • 闭包函数运行逻辑分析:
      当调用外部的person函数时,将直接返回了内部函数say的地址,并携带了name参数,但此时并不运行;运行函数需要在函数名后加括号‘()’,并传递info参数,此时将执行内部say函数,打印结果。

    • 这样创建闭包的意义是什么呢?
      这样可以提高代码复用,可以试想,当不使用闭包,如果要实现不同的人说不同的话,那么就需要额外定义功能函数,且每次调用都需要传递两个参数。而闭包可以在不手动定义额外功能函数的前提下,提高代码的复用率。

    3.闭包的外部变量修改
    • 闭包内无法直接修改外部函数的变量。
    • 如需闭包内外部函数变量,需在内部对外部变量使用nonlocal关键字声明。
    • 注意区分全局变量global关键字与闭包内关键字nonlocal的区别。

    装饰器

    装饰器函数的本质也是闭包,不过它是一种特殊的闭包,其除需满足闭包的三个条件外,还有一个特殊条件:装饰器的闭包函数有且只有一个参数,且该参数必须为函数。

    1. 装饰器特点
    • 那装饰器到底是用来做什么的?
      当你在开发中需要扩展某个函数的功能,但又想不修改其调用方式和源代码时,就需要使用装饰器,装饰器特点如下:
      1. 不修改已有函数的源代码
      2. 不修改已有函数的调用方式
      3. 给已有函数增加额外的功能
    2. 装饰器代码示例
    • 简单装饰器示例
      比如我们这里有一个原始函数,其功能只是发表评论:
    def comment():
        print("这里发表评论")
    

    现在有了新需求,要求用户在发表评论前需要先登录。不能改变整体代码中该功能函数的调用方式,不能修改原始函数的代码。
    此时就需要用装饰器来扩展函数功能。
    实现代码示例:

    # 原函数
    def comment():
        print("这里发表评论")
    
    # 装饰器函数
    def decorator(fuc):
        def inner():
            print("登录完成")
            return fuc()
        return inner
    # 为了不修改原函数名,因此装饰器包裹原函数后仍命名为原函数名
    # 此处不做代码执行分析,参考闭包处的实现。
    comment = decorator(comment)
    # 执行函数,注意此处函数名虽未变,但实际执行的函数已经指向了闭包inner()函数
    comment()
    
    

    执行结果:

    登录完成
    这里发表评论
    

    这样就完成了一个简单的装饰器实例,在不修改原函数及函数名的情况下,为函数扩展了功能。

    • 装饰器语法糖
      从上述代码comment = decorator(comment)中可以知道,每次我们对一个函数使用装饰器时,都需要做一个必不可少但又重复的工作:将原函数名作为参数传递给装饰器函数,并用原函数名指向它。
      pyhton为我们提供了一个装饰器语法糖可以简化这一步骤,与类中定义类方法、静态方法等类似,只需在原函数上方添加@装饰器函数名,以上步骤comment = decorator(comment)将在代码初始化时自动完成。如下:
    # 装饰器函数
    def decorator(fuc):
        def inner():
            print("登录完成")
            return fuc()
        return inner
    
    # 使用装饰器语法糖
    @decorator
    def comment():
        print("这里发表评论")
    # 注释掉原来该处代码  
    # comment = decorator(comment)
    comment()
    

    执行结果不变:

    登录完成
    这里发表评论
    

    在实际使用中,几乎都是采用语法糖的写法,简单明了。

    • 通用装饰器示例
      当原函数带有参数时,装饰器函数需要稍做修改,以便能接收到源函数传递的不同种类和个数的参数,一下代码是装饰器函数的通用写法:
    # 装饰器函数
    def decorator(fuc):
        # 接收不定长参数兼容原函数所有参数,传递给内部fuc函数
        def inner(*args, **kwargs):
            print("登录完成")
            # 接收传递来的所有参数
            return fuc(*args, **kwargs)
        return inner
    # 使用装饰器语法糖
    @decorator
    def comment(info):
        print(info)
    
    comment("斑夏不倒!斑夏不倒!斑夏不倒!")
    

    执行结果如下:

    登录完成
    斑夏不倒!斑夏不倒!斑夏不倒!
    

    使装饰器内部函数接收*args,**kwargs将可以兼容原原函数传递的所有长度和种类的参数。

    • 使用多个装饰器装饰一个函数
      如下示例,要求使用装饰器实现对原函数返回的文本数据增加不同种类的HTML标签,我们分别定义了一个增加<p></p>标签的装饰器和一个增加<div><div>标签的装饰器:
    # p标签装饰器
    def make_p(fn):
        def inner():
            result = "<p>"+ fn() + "</p>"
            return result
        return inner
    # div标签装饰器
    def make_div(fn):
        def inner():
            result = "<div>"+ fn() + "</div>"
            return result
        return inner
    # 对原函数使用多个装饰器进行装饰
    @make_div
    @make_p
    def content():
        return "人生苦短!"
    
    content()
    

    执行结果如下:

    '<div><p>人生苦短!</p></div>'
    

    从结果可以看到,<p>标签在内部,而<div>标签在外部,这是因为在使用多个装饰器对函数进行装饰时,装饰顺序为:
    离函数最近的装饰器先装饰,然后外面的装饰器再进行装饰,是由内到外的装饰过程。

    • 带参数的装饰器示例
      看到上面的例子,你可能会想到,如果每定义一个不同的标签装饰器就需要重写一个装饰器函数,那这样岂不是很麻烦。能不能让装饰器自身携带参数,当我们需要哪种标签装饰器时只需要传入不同参数即可,例如<p1>、<tr>、<li>等。
      答案是可以。
      这里需要定义带参数的装饰器,示例代码如下:
    # 在装饰器外再包裹上一个函数,用最外面的函数接收参数,返回装饰器
    def make_lable(lable):
        # 内部和普通的装饰器并无差别,只是多了使用最外层函数传递的参数。
        def make(fn):
            def inner():
                # 使用传递的参数
                result = "<%s>" % lable + fn() + "</%s>" % lable
                return result
            return inner
        # 返回装饰器
        return make
    
    @make_lable('div')
    @make_lable('ul')
    @make_lable('li')
    def content():
        return "人生苦短!"
    
    content()
    

    执行结果如下:

    '<div><ul><li>人生苦短!</li></ul></div>'
    

    这样,我们只需要定义一个装饰器函数,便可以对函数进行不同标签的装饰,灵活性和复用性更强。
    需要注意的是:
    使用带有参数的装饰器,其实是在装饰器外面又包裹了一个函数,使用该函数接收参数,返回是装饰器,因为 @ 符号需要配合装饰器实例使用。

    • 类装饰器
      还有一种装饰器是类装饰器,其使用频率并不高,其实现示例如下:
    class Check(object):
        def __init__(self, fn):
            # 初始化操作在此完成
            self.__fn = fn
    
        # 实现__call__方法,表示对象是一个可调用对象,可以像调用函数一样进行调用。
        def __call__(self, *args, **kwargs):
            # 添加装饰功能
            print("请先登陆...")
            self.__fn()
    
    @Check
    def comment():
        print("发表评论")
    
    comment()
    

    执行结果如下:

    请先登陆...
    发表评论
    

    需要注意的是:
    1. @Check 等价于 comment = Check(comment), 所以需要提供一个init方法,并多增加一个fn参数,类才能接收参数。
    2. 要想类的实例对象能够像函数一样调用,需要在类里面使用__call__方法,把类的实例变成可调用对象(callable),也就是说可以像调用函数一样进行调用。(注:函数可调用的原因正是因为其内部实现了__call__方法)
    3. 在__call__方法里进行对fn函数的装饰,可以添加额外的功能。

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