python装饰器2：进阶

本文是装饰器相关内容的第二篇，接上一篇。

函数装饰器装饰方法

函数装饰器装饰普通函数已经很容易理解了：

@decorator
def func():...

#等价于
def func():...
func = decorator(func)

如果装饰器是带参装饰器，那么等价的形式大概是这样的(和装饰器的编码有关，但最普遍的编码形式如下)：

@decorator(x, y, z)
def func():...

# 等价于
def func():...
func = decorator(x, y, z)(func)

这样的函数装饰器也可以去装饰类中的方法。看下面的方法装饰形式：

class cls:
    @decorator
    def method(self,arg1,arg2):
        ...

它等价于：

class cls:
    def method(self,arg1,arg2):
        ...
    method = decorator(method)

在decorator的编码中，仍然像普通的函数装饰器一样编写即可。例如:

def decorator(f):
    @wraps(f)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        ...    # args[0] = self_instance
               # args[1]开始才是手动传给method的参数
    return wrapper

但必须要考虑到method的第一个参数self，所以包装器wrapper()的第一个参数也是self。

如此一来，函数装饰器既可以装饰函数，又可以装饰方法。

下面是一个示例：

from functools import wraps

def decorator(f):
    @wraps(f)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        result = f(*args, **kwargs)
        print(args)
        return result
    return wrapper

@decorator
def func(x,y):
    return x + y

print(func(3, 4))

print("-" * 30)

class cls:
    @decorator
    def method(self, x, y):
        return x + y

c = cls()
print(c.method(3, 4))

输出结果：

(3, 4)
7
------------------------------
(<__main__.cls object at 0x01df1c50>, 3, 4)
7

让类称为装饰器

不仅函数可以作为装饰器，类也可以作为装饰器去装饰其它对象。

如何让类作为装饰器

要让类作为装饰器，先看装饰的形式：

class decorator:
    ...

@decorator
def func():
    ...

func(arg1, arg2)

如果成功装饰，那么它等价于：

def func(): ...
func = decorator(func)

func(arg1, arg2)

这和函数装饰器看上去是一样的，但区别在于decorator这里是一个类，而不是函数，且decorator(func)表示的是创建一个decorator类的实例对象，所以这里赋值符号左边的func是一个对象。所有后面的func(arg1, arg2)是调用对象，而不是调用函数。

要让实例对象成为可调用对象，它必须实现__call__方法，所以应该在decorator类中定义一个__call__。而且每次调用实例对象的时候，都是在调用__call__，这里的__call__对等于函数装饰器中的包装器wrapper，所以它的参数和逻辑应当和wrapper一样。

如下：

class decorator():
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        ...

再看func = decorator(func)，func是decorator类创建实例的参数，所以decorator类还必须实现一个__init__方法，接受func作为参数：

class decorator:
    def __init__(self, func):
        ...
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        ...

元数据问题

这样的装饰器已经能正常工作了，但是会丢失func的元数据信息。所以，必须使用functools的wraps()保留func的元数据：

from functools import wraps

class decorator:
    def __init__(self, func):
        wraps(func)(self)
        ...
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        ...

为什么是wraps(func)(self)？这里显然不能@wraps(func)的方式装饰包装器，所以只能使用wraps()的原始函数形式。在wraps()装饰函数包装器wrapper的时候，@wraps(func)等价于wrapper = wraps(func)(wrapper)，所以这里wraps(func)(self)的作用也是很明显的：保留func的元数据，并装饰self。被装饰的self是什么？是decorator的实例对象，因为decorator类实现了__call__，所以self是可调用的，所以这里的self类似于函数装饰器返回的wrapper函数(实际上self是decorator(func)返回的各个实例对象)。

类作为装饰器的参数问题

虽然self是decorator的可调用实例对象，但是上面的代码中self并不具有func属性，也就是说无法从self去调用func()函数，这似乎使得整个过程都崩塌了：废了老大的劲去解决各种装饰器上的问题，结果却不能调用被装饰的函数。

有两种方式可以解决这个问题：

1. 在__init__中使用self.func = func保留func对象作为装饰器的一个属性
   
2. 在使用wraps()后直接在包装器__call__中使用__wrapped__调用原始func函数

这两种方式其实是等价的，因为self.func和__wrapped__都指向原始的函数。

def __init__(self,func):
    wraps(func)(self)
    self.func = func
def __call__(self, *args, **kwargs):
    result = self.func(*args, **kwargs)

#-------------------------------

def __init__(self, func):
    wraps(func)(self)
def __call__(self, *args, **kwargs):
    result = self.__wrapped__(*args, **kwargs)

但这两种方式都有缺陷，缺陷在于装饰类中方法时。(注：在装饰普通函数、类方法的时候，上面的方式不会出错)

class cls:
    @decorator
    def method(self, x, y):...

因为self.func和__wrapped__装饰cls中的方法时指向的都是cls的类变量(只不过这个属性是装饰器类decorator的实例对象而已)，作为类变量，它无法保存cls的实例对象，也就是说method(self, x, y)的self对装饰器是不可见的。

用一个示例解释更容易：

import types
from functools import wraps

# 作为装饰器的类
class decorator:
    def __init__(self,func):
        self.func = func
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        print("(1): ",self)      # (1)
        print("(2): ",self.func) # (2)
        print("(3): ",args)      # (3)
        return self.func(*args, **kwargs)

class cls:
    @decorator
    def method(self, x, y):
        return x + y

c = cls()
print("(4): ",c.method)      # (4)
print(c.method(3, 4))

输出结果：

(4):  <__main__.decorator object at 0x03261630>
(1):  <__main__.decorator object at 0x03261630>
(2):  <function cls.method at 0x032c2738>
(3):  (3, 4)
traceback (most recent call last):  file "g:/pycode/scope.py", line 21, in <module>
    print(c.method(3, 4))
  file "g:/pycode/scope.py", line 12, in __call__    return self.func(*args, **kwargs)
typeerror: method() missing 1 required positionalargument: 'y'

注意观察上面__call__中输出的几个对象：

• self对应的是decorator的实例对象method，而非cls的实例对象c，看输出结果的前两行即可知
  
• self.func指向的是原始方法method，它是类变量，是类方法(函数)，是装饰器赋予它作为函数的。也就是说，self.func指向的不是对象方法，而是类方法，类方法不会自动传递实例对象
  
• args中保存的参数列表是(3, 4)，但是cls.method中多了一个self位置参数，使得3赋值给了self，4被赋值给了x，y成了多余的，所以最后报错需要位置参数y。

如果将上面的method()的定义修改一下，把self去掉，将会正确执行：

class cls:
    @decorator
    def method(x, y):
        return x + y

执行结果：

(4):  <__main__.decorator object at 0x03151630>
(1):  <__main__.decorator object at 0x03151630>
(2):  <function cls.method at 0x031b2738>
(3):  (3, 4)
7

因此参数问题必须解决。解决方案是进行判断：如果是通过实例对象触发的方法调用(即c.method())，就将外部函数通过types.methodtype()链接到这个实例对象中，否则就返回原始self(因为它指向被装饰的原始对象)。

这需要借助描述符来实现，关于这一段的解释，我觉得直接看代码自行脑部更佳。

class decorator:
    def __init__(self,func):
        wraps(func)(self)
        self.func = func
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        return self.func(*args, **kwargs)
    def __get__(self, instance, owner):
        # 如果不是通过对象来调用的
        if instance is none:
            return self
        else:
            return types.methodtype(self, instance)

class cls:
    @decorator
    def method(self, x, y):
        return x + y

c = cls()
print(c.method(3, 4))  # 调用__get__后调用__call__

对于__wrapped__也一样可行：

class decorator():
    def __init__(self, func):
        wraps(func)(self)
    def __call__(self, *args, **kwargs):
        return self.__wrapped__(*args, **kwargs)
    def __get__(self, instance, owner):
        if instance is none:
            return self
        else:
            return types.methodtype(self, instance)

装饰时是否带参数

如果要让作为装饰器的类在装饰时带参数，就像函数装饰器带参一样decorator(x,y,z)(func)，可以将参数定义在__init__上进行处理，然后在__call__中封装一层。

class decorator:
    def __init__(self, *args, **kwargs):
        ... do something with args ...
    def __call__(self, func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            return func(*args, **kwargs)
        return wrapper

和函数装饰器一样，如果想要达到下面这种既能无参装饰，又能带参装饰：

@decorator         # 无参装饰
@decorator(x,y,z)  # 带参装饰
@decorator()       # 带参装饰，只不过没给参数

可以直接在__init__上进行参数有无的判断：

import types
from functools import wraps, partial

class decorator:
    def __init__(self, func=none, arg1=1, arg2=2, arg3=3):
        # 带参装饰器
        if func is none:
            self.func = partial(decorator, arg1=arg1, arg2=arg2, arg3=arg3)
        else:       # 无参装饰器
            wraps(func)(self)
            self.func = func

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        return self.func(*args, **kwargs)

    def __get__(self, instance, owner):
        if instance is none:
            return self
        else:
            return types.methodtype(self, instance)

这样的限制是装饰器如果带参数时，必须使用keyword方式指定参数。例如：

# 带参装饰普通函数，使用keywords参数方式
@decorator(arg1=1, arg2=3, arg3=5)
def func(x, y):
    return x + y

print(func(11, 22))

print('-' * 30)

# 无参装饰普通函数
@decorator
def func1(x, y):
    return x + y

print(func1(111, 22))

print('-' * 30)

# 无参装饰方法
class cls:
    @decorator
    def method(self, x, y):
        return x + y

c = cls()
print(c.method(3, 4))

print('-' * 30)

# 带参装饰方法
class cls1:
    @decorator(arg1=1, arg2=3, arg3=5)
    def method(self, x, y):
        return x + y

cc = cls1()
print(cc.method(3, 4))

总结：类作为装饰器的通用格式

如果不考虑装饰时是否带参数的问题，根据上面的一大堆分析，类作为装饰器时的通用代码格式如下：

import types
from functools import wraps

class decorator:
    def __init__(self, func):
        wraps(func)(self)
        # self.func = func

    def __call__(self, *args, **kwargs):
        # return self.func(*args, **kwargs)
        # return self.__wrapped__(*args, **kwargs)

    def __get__(self, instance, owner):
        if instance is none:
            return self
        else:
            return types.methodtype(self, instance)

至于选择self.func的方式，还是self.__wrapped__的方式，随意。

如果需要考虑装饰时带参数问题，那么参考上一小节内容。

选择类谁作为装饰器？

函数可以作为装饰器，类也可以作为装饰器。它们也都能处理处理各种需求，但是类作为装饰器的时候解释了好大一堆，非常麻烦。所以，如果可以的话，选择函数作为装饰器一般会是最佳方案。