優化函數執行順序的技巧——Python的裝飾器

Python中，函數順序執行是很常見的操作。然而，在函數執行中有些函數可能比其他函數更為關鍵，需要儘早或者盡後執行。如果我們需要修改函數的執行順序，我們可以手動修改函數的位置，但這樣顯然十分繁瑣，代碼不易維護。此時，可以使用Python中的裝飾器來實現修改函數執行順序的操作。

一、裝飾器基礎

裝飾器本質上就是一個可調用的對象，它接受一個函數作為輸入，並返回一個新的函數作為輸出。在返回的函數中，包含了對輸入函數的調用。可以理解為，裝飾器是一個對函數進行裝飾的工具，它本身並不對函數做出實質性的修改，而是在函數執行前後做一些額外的操作。

def decorator(func):
    def wrapper():
        # 額外的操作
        func()
        # 額外的操作
    return wrapper

@decorator
def func_to_be_decorated():
    print("I am func_to_be_decorated!")

func_to_be_decorated()

在代碼中，我們首先定義了一個名為decorator的裝飾器函數，它接收一個函數作為參數並返回包含了額外的操作的新函數wrapper。wrapper函數在執行前和執行後都會進行額外的操作。最後，在定義一個待裝飾的函數時，我們可以通過@decorator的方式使用裝飾器對函數進行裝飾。

二、裝飾器修改函數執行順序

有時候，我們需要調整函數的執行順序，使得某些函數得以儘早或者盡後執行。這時候，我們可以使用裝飾器來實現。比如下面這個例子：

def before(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("Before the function...")
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

def after(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        result = func(*args, **kwargs)
        print("After the function...")
        return result
    return wrapper

@before
@after
def func_to_be_decorated():
    print("I am func_to_be_decorated!")

func_to_be_decorated()

在這個例子中，我們定義了兩個裝飾器函數before和after，它們分別在被裝飾函數執行之前和之後打印一條提示信息。由於@before裝飾器位於@after裝飾器之前，因此before函數會先於after函數執行，從而實現了修改函數執行順序的目的。

三、使用裝飾器實現函數切面編程

除了修改函數的執行順序，裝飾器還可以為函數添加更多的功能，實現函數切面編程。比如，在一個函數執行前或者執行後記錄函數執行時間的功能：

import time

def timing(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print("Function %s executed in %s seconds." % (func.__name__, end - start))
        return result
    return wrapper

@timing
def func_to_be_decorated():
    print("I am func_to_be_decorated!")
    time.sleep(1)

func_to_be_decorated()

在這個例子中，我們定義了一個裝飾器函數timing，它記錄了函數的執行時間並打印輸出。通過在待修飾的函數上添加@timing裝飾器，我們實現了在函數執行前後記錄執行時間的功能。這樣，我們可以輕鬆地為任何一個函數添加這個額外的功能。

四、裝飾器與閉包

裝飾器與閉包是兩個密切相關的概念。實際上，裝飾器本身就是一個閉包，它包含了對輸入函數的引用，並且可以訪問和修改函數的局部作用域。比如下面這個例子：

def repeat(num):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for i in range(num):
                print("Executing function %s for the %d time..." % (func.__name__, i+1))
                result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper
    return decorator

@repeat(num=3)
def func_to_be_decorated():
    print("I am func_to_be_decorated!")

func_to_be_decorated()

在這個例子中，我們定義了一個repeat函數作為裝飾器的外層函數，它接收一個整數參數num，並返回一個decorate函數作為裝飾器的內層函數。decorate函數接收一個函數作為參數，並返回一個包含了循環執行輸入函數num次的新函數wrapper。使用@repeat(num=3)時，我們相當於執行了decorate(func_to_be_decorated)函數，從而在執行func_to_be_decorated時，會循環執行3次，並打印執行次數的提示。

五、總結

裝飾器是Python語言中一種十分常用的工具，它可以幫助我們修改函數的執行順序，實現函數切面編程以及訪問和修改函數的局部作用域等功能。在學習和使用裝飾器時，需要注意裝飾器的本質和基本語法，以及裝飾器與閉包的關係。掌握這些基本知識後，我們可以運用裝飾器來簡化代碼，提高代碼復用性和可維護性。