装饰器（Decorator）是 Python 中一种非常强大的功能，允许我们在不修改函数或方法本体的情况下，增强其功能。它通常用于函数的包装，使得原本简单的函数能够变得更加灵活和功能强大。装饰器的本质是接受一个函数作为参数，并返回一个新的函数。它可以用来修改或扩展原函数的行为。

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1. 装饰器的基本语法

装饰器通常有以下两种定义方式：

def decorator_function(func):
    def wrapper():
        # 可以在原函数调用前后增加功能
        print("Before function call")
        func()  # 调用原函数
        print("After function call")
    return wrapper

然后，我们可以使用 @ 符号将装饰器应用到函数上：

@decorator_function
def say_hello():
    print("Hello!")

这个 @decorator_function 是装饰器语法糖，实际上等价于：

say_hello = decorator_function(say_hello)

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2. 装饰器工作原理

1. 原函数：say_hello 函数定义了它的行为。
2. 装饰器：decorator_function 接受原函数 say_hello 作为参数。
3. 包装函数：wrapper 是装饰器中的内嵌函数，它在原函数执行前后可以加入额外的逻辑。

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示例 1：最基本的装饰器

def decorator_function(func):
    def wrapper():
        print("Before function call")
        func()  # 调用原函数
        print("After function call")
    return wrapper

@decorator_function
def say_hello():
    print("Hello!")

# 调用装饰后的函数
say_hello()

# 输出：
# Before function call
# Hello!
# After function call

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3. 带参数的装饰器

如果原函数带有参数，装饰器中的 wrapper 也需要接受这些参数并将其传递给原函数。

示例 2：带参数的装饰器

def decorator_function(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):  # 接受任意数量的参数
        print("Before function call")
        result = func(*args, **kwargs)  # 将参数传递给原函数
        print("After function call")
        return result
    return wrapper

@decorator_function
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")

# 输出：
# Before function call
# Hello, Alice!
# After function call

在上面的示例中，*args 和 **kwargs 允许装饰器函数处理任意类型的参数。

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4. 带返回值的装饰器

装饰器可以在原函数执行前、执行后或替代原函数返回结果。

示例 3：返回值的装饰器

def decorator_function(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Before function call")
        result = func(*args, **kwargs)  # 获取原函数的返回值
        print("After function call")
        return result  # 返回原函数的结果
    return wrapper

@decorator_function
def add(a, b):
    return a + b

result = add(5, 7)
print(f"Result: {result}")

# 输出：
# Before function call
# After function call
# Result: 12

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5. 带参数和返回值的装饰器

装饰器不仅可以修改函数的行为，还可以增强函数的功能，比如日志记录、权限校验等。

示例 4：带参数和返回值的装饰器

def decorator_function(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"Arguments were: {args}, {kwargs}")
        result = func(*args, **kwargs)
        print(f"Returned: {result}")
        return result
    return wrapper

@decorator_function
def multiply(x, y):
    return x * y

multiply(3, 4)

# 输出：
# Arguments were: (3, 4), {}
# Returned: 12

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6. 装饰器的应用

装饰器广泛应用于各种场景，如：

• 日志记录：记录函数的调用、参数和返回值。
• 权限校验：确保用户拥有访问某个资源的权限。
• 性能监测：测量函数执行时间。
• 缓存：存储和复用函数结果，避免重复计算。

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7. 装饰器链

多个装饰器可以叠加在同一个函数上，装饰器会按照从内到外的顺序执行。

示例 5：装饰器链

def decorator1(func):
    def wrapper():
        print("Decorator 1")
        return func()
    return wrapper

def decorator2(func):
    def wrapper():
        print("Decorator 2")
        return func()
    return wrapper

@decorator1
@decorator2
def say_hello():
    print("Hello!")

say_hello()

# 输出：
# Decorator 1
# Decorator 2
# Hello!

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8. functools.wraps：保持函数元数据

当使用装饰器时，原函数的元数据（如函数名、文档字符串等）会被 wrapper 函数覆盖。为了保留原函数的元数据，可以使用 functools.wraps。

示例 6：使用 wraps

from functools import wraps

def decorator_function(func):
    @wraps(func)  # 保留原函数的元数据
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Before function call")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

@decorator_function
def say_hello():
    """A simple greeting function"""
    print("Hello!")

print(say_hello.__name__)  # 输出 say_hello
print(say_hello.__doc__)   # 输出 A simple greeting function

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9. 总结

• 装饰器 是一种设计模式，可以修改函数或方法的行为而不直接修改它们的源代码。
• 它们广泛应用于函数增强、日志记录、权限验证、缓存、性能监控等场景。
• 装饰器使用 @ 语法应用，可以带有参数、返回值，并且支持链式使用。
• 使用 functools.wraps 可以保留原函数的元数据。

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