Python装饰器原理与使用技巧

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装饰器本质是函数替换，定义时（def执行完）立即运行，非调用时；带参装饰器需三层结构；类装饰器适合需状态隔离或扩展的场景。

@decorator 的本质是函数替换，不是语法糖包装

装饰器执行时机：定义时还是调用时？

装饰器在函数 def 语句执行完毕后立即运行，也就是「定义时」触发，不是第一次调用时。这意味着：

@log_time
def fetch_data():
    return requests.get("https://api.example.com")

常见误判：以为加了 @cache 就自动缓存所有调用 —— 实际上如果 cache 装饰器没做延迟初始化，它可能在模块导入时就尝试连接 Redis，导致启动失败。

• 装饰器函数本身在模块加载时运行（除非用 if False: 或动态 import 包裹）
• 被装饰函数的「原逻辑」只在显式调用时执行
• functools.wraps 修正是为了保留 __name__、__doc__ 等元信息，不修正会导致 help() 显示闭包函数名

带参数的装饰器为什么必须三层？

因为 Python 要求 @ 后面必须是可调用对象，且该对象接收被装饰函数作为唯一参数。所以 @retry(max_times=3) 这种写法中，retry 本身不能直接接收 max_times —— 它得先返回一个「真正」的装饰器。

结构强制为：

def retry(max_times=3):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for i in range(max_times):
                try:
                    return func(*args, **kwargs)
                except Exception:
                    if i == max_times - 1:
                        raise
            return None
        return wrapper
    return decorator

• 第一层（retry）处理配置参数
• 第二层（decorator）接收函数对象
• 第三层（wrapper）处理每次调用逻辑
• 如果漏掉某一层，错误通常出现在导入阶段，而不是运行时

类装饰器比函数装饰器更适合什么场景？

当需要维护状态、复用逻辑或支持多种行为切换时，类更清晰。比如实现一个可统计调用次数并限制频率的装饰器：

class RateLimiter:
    def __init__(self, max_calls=5, window=60):
        self.max_calls = max_calls
        self.window = window
        self.calls = []
<pre class="brush:python;toolbar:false;">def __call__(self, func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        now = time.time()
        self.calls = [t for t in self.calls if now - t < self.window]
        if len(self.calls) >= self.max_calls:
            raise RuntimeError("Rate limit exceeded")
        self.calls.append(now)
        return func(*args, **kwargs)
    return wrapper

关键差异：__init__ 可接收配置，__call__ 承担装饰器职责，实例属性天然隔离不同被装饰函数的状态。

• 函数装饰器共享外层闭包变量，多个函数共用同一份 cache = {}，容易串数据
• 类装饰器每个实例独立，@RateLimiter(10, 30) 和 @RateLimiter(3, 5) 互不影响
• 类方法可被重写或扩展，比如增加 .reset() 接口供测试用

装饰器调试中最容易忽略的陷阱

装饰器链中出错时，堆栈会跳过中间 wrapper，直接指向最内层函数 —— 但实际问题可能出在某个 wrapper 的参数处理或异常捕获逻辑里。

例如：

@validate_input
@cache_result
def process(x: str) -> int:
    return len(x)

• 在每个 wrapper 开头加 print(f"[{func.__name__}] args: {args}") 是最快定位入口方式
• 避免在 wrapper 中用 except: 全局捕获，至少记录 traceback.format_exc()
• inspect.signature(func) 在装饰后可能失效，需在 wrapper 内用 inspect.signature(wrapper) 或提前保存

装饰器不是魔法，它是明确的函数赋值 + 闭包组合。真正难的从来不是写出来，而是想清楚「谁在什么时候持有哪个引用」。

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