python 函數及變量做用域及裝飾器decorator @詳解

時間 2019-11-17

標籤 python 函數變量裝飾 decorator 詳解欄目 Python 简体版

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1、函數及變量的做用

在python程序中，函數都會建立一個新的做用域，又稱爲命名空間，當函數遇到變量時，Python就會到該函數的命名空間來尋找變量，由於Python一切都是對象，而在命名空間中，都是以字典形式存在着，這些變量名，函數名都是索引，而值就是，對應的變量值和函數內存地址。在python中能夠用globals()查看全局變量，locals()局部變量。python

>>> global_v = '全局變量'
>>> def func():
...         local_v = '局部變量'
...         print(locals())         #調用locals()輸出局部變量local_v
>>> func()
{'local_v': '局部變量'}           #命名空間中都是以字典形式保存
>>> print(globals())  
{.........,'global_v': '全局變量', 'func': <function foo at 0x00000092446C7F28>}    #能夠看到除了變量，函數名也做爲索引，映射函數內存地址，是主程序命名空間的內容

能夠看到內置函數globals()返回了一個全部python能識別的變量的字典，而func 擁有本身的命名空間，裏面包含了一個{'local_v': '局部變量'}元素數據庫

2、變量的做用規則

在python中的變量做用域規則是：
1.變量的建立，變量的建立老是會在函數命名空間建立一個新的變量。
2.變量的訪問，是先在函數內部，訪問局部變量所在的函數命名空間，當找不到後再到外層，再到整個外層做用域去尋找該變量。 LEGB法則：索變量名的優先級：局部做用域 > 嵌套做用域 > 全局做用域 > 內置做用域

當在函數中使用未肯定的變量名時，Python會按照優先級依次搜索4個做用域，以此來肯定該變量名的意義。首先搜索局部做用域(L)，以後是上一層嵌套結構中def或lambda函數的嵌套做用域(E)，以後是全局做用域(G)，最後是內置做用域(B)。按這個查找原則，在第一處找到的地方中止。找不到就報錯。NameError: name 'xxx' is not defined

3.變量的修改，當函數嘗試修改外層變量時，這是不行的，函數只能修改本身命名空間的變量。
若是你非改不可，那隻能在變量前面聲明global 這樣就能夠改了

>>> name = 'lina'
>>> age = 22
>>> list_1 = [1, 2, 3]
>>> def fun():
...     name = 'alex'    #1  嘗試修改，重賦值alex 給name
...     print(name)
...     print(age)    #2   嘗試查找函數命名空間中不存在的變量age， 沒找到就去外層做用域找到
...     list_1.append('local')     # 4 此處修改list_1
...     list_1.pop(0)
...     print(list_1)
>>> fun()
'alex'
22
[2, 3, 'local']
>>> print(name)    #3   查看全局變量name 是否被函數修改爲功，顯然沒有
'lina'
>>> print(list_1)
[2, 3, 'local']    #4 此處修改爲功

經過上一個例子，咱們能夠從#1處看到，嘗試給name賦值，在函數中成功了。
但是在#3處發現並無改變name的值，這是由於函數已經開闢內存複製了一份name的值到本身的命名空間中，建立一個同名的新變量name，當fun()運行結束後該內存釋放，而在#3處python尋找變量時直接在本身的做用域中找到name = 'lina'。
#2處在自身的內存空間沒有找到age變量，就去外層找到age= 22輸出。
而在#1處就是所說的函數只能修改自身的變量，#4處對於列表、字典這種，可變對象，傳過來的是內存地址，函數是複製了內存地址，而後直接去內存地址修改了，不能同變量混爲一談django

3、函數的形參和實參

對於Python來講參數的傳遞是引用傳遞（不是值傳遞），形參名在函數中爲局部變量。
對於不可變類型：str、number、tuple命名空間中的複製值改變不會影響外層空間的值。
可是對於可變類型如：list、dict 在函數體中的操做，可能就會改變他的值。

>>> def fun(parameter):     #形式參數
...     parameter = parameter*2
...     print(parameter)
>>> fun(2)     #實際參數
4

4、內嵌函數

python中的內嵌函數，即在函數內部聲明函數，它全部的週期和生命力仍然適用。

>>> def out_fun():
...     a = '外層變量'
...     def inner():
...         print(a)   #1
...     inner()     #2
>>> out_fun()
外層變量

處inner搜索自身命名空間，沒找到變量a而後在外層的out_fun的局部變量中尋找到，inner做爲內嵌函數擁有訪問外層做用域的權限（有讀和修改的權限-指複製到自身命名空間後修改）當函數調用結束就釋放了。
處函數out_fun在自身命名空間中找到變量名'inner'，拿到內存地址而後執行函數

5、Python中的閉包

咱們如今把內嵌函數做爲out_fun的返回值，當out_fun()被執行時，就會定義inner函數，而後返回給fun變量

>>> def out_fun():
...     a = 'out變量'
...     def inner():
...         print(a)  #1
...     return inner
>>> fun = out_fun()
>>> fun.__closure__
(<cell at 0x000000A3B57F0B28: str object at 0x000000A3B5AC3088>,)

如今來理解下這個函數，若是按照變量的做用域規則，在#1處inner首先會在本身的命名空間中去尋找變量a，沒找到而後再去外層out_fun尋找。
因此當咱們執行由out_fun()返回的fun時，按照道理這個程序是會報錯的。由於當out_fun()執行完畢後就會釋放內存，a變量就不存在了，因此當你執行fun時，inner沒法找到a變量就會報錯。咱們試試看結果如何：安全

>>> def out_fun():
...     a = 'out變量'
...     def inner():
...         print(a) 
...     return inner
>>> fun = out_fun()
>>> fun()
out變量

程序並無報錯，這並不矛盾，由於python支持一個名爲閉包的特性，從fun.__closure__屬性咱們看見了，cell at 0x000000A3B57F0B28: str object at 0x000000A3B5AC3088，
即在不是全局的定義中，定義函數inner（即嵌套函數）時，會記錄下外層函數的命名空間，這個對象就保存在.__closure__屬性中，去這兒就是找到外層函數的命名空間。cookie

6、裝飾器

裝飾器的核心原理就是上面咱們理解到的了。裝飾器是一個以函數做爲參數並返回一個替換函數的可執行函數。

>>> def out_fun(fun):         #1接受函數做爲參數
...     def inner(a, b= 0, *args):
...         print('裝飾器先運行0.0')
...         result = fun(a) + b         #2運行傳過來的被裝飾函數
...         print('裝飾後結果爲：',result)
...         return result
...     return inner
>>> def foo(x):         #3定義foo函數
...     print('---------------\n這是被裝飾函數')
...     result = 2*x
...     print('被裝飾函數執行結果爲:{}\n--------------'.format(result))
...     return 2*x
>>> decorate_foo = out_fun(foo)         #4將foo函數做爲jout_fun參數執行out_fun
>>> foo =decorate_foo         #把裝飾過的foo函數decorate_foo 重賦值給foo，再調用foo()
>>> foo()
裝飾器先運行0.0
---------------
這是被裝飾函數
被裝飾執行結果爲:4
---------------
裝飾後結果爲： 2

如今來理解下這段程序，#1處定義了一個函數，他只接受函數做爲參數,#2出運行傳過來的被裝飾函數，#3定義了一個函數，#4處將#3定義的foo做爲參數傳給out_fun(foo)獲得被裝飾後decorate_foo，而後再將裝飾後的函數從新賦值給foo,而後當你再次運行foo函數的時候，永遠都是獲得被裝飾後的結果了。
講到這兒就說個實際應用列子吧！
如汽車在公路上行駛，按照某地交通規則，在國道上限速最高80邁，無下限，高速公路上最低60邁最高120邁。
咱們原始程序，經過測速傳感器傳來的參數計算出汽車當前速度，並返回該速度。session

>>> status = 1
>>> def car_speed(angular_speed, radius = 0.35)  #根據傳來的角速度參數，以及半徑計算出當前速度
...     current_speed = angular_speed*radius*3.6
...     return current_speed
>>> 
>>> def slowdown():
...     pass   #假設調用此函數是調用剎車、減速系統，會減慢汽車速度
>>>
>>> def decorate_fun(fun):
...     def inner(*args, **kwargs):
...         current_speed = fun(args[0]) if len(args) = 1 else fun(args[0], radius = args[1])
...         if current_speed >110:
...             sys.stdout.write('您已超速！')
...             sys.stdout.flush()
...         elif current_speed > 160:
...             sys.stdout.write('超速50%系統已限速，請注意安全')
...             sys.stdout.flush()
...             slowdown()
...         elif current_speed < 60:
...             sys.stdout.write('該路段限速60，請注意')
...             sys.stdout.flush()
...         else: pass
...         return current_speed
...     return inner
>>> 
>>> decorator_car_speed = decorate_fun(car_speed)
>>> decorato_car_speed(120)
您已超速！

這段程序，當汽車在國道等非限速區域是，直接調用car_speed()函數就能夠獲得速度，而當行駛上高速公路後，就存在邊界值問題，咱們可使用裝飾後的decorate_car_speed()函數來處理。閉包

7、裝飾器符號@ 的應用

經過前面已經瞭解了裝飾器原理了，這兒就簡單說下@ 的應用。@ 只是python的一種語法糖而已，讓程序看起更美觀，簡潔

>>> def decorator_foo(fun):
...     def inner(*args, **kwargs):
...         fun(*args, **kwargs)
...         pass
...     return inner
>>>
>>> @decorator_foo         #1
>>> def foo(*args, **kwargs):         #2
...     pass
>>>

在#1處@decorator_foo 使用@符號+裝飾器函數，在被裝飾函數的上方，記住必定要正上方挨着不能空行，就等於前面所學的decorator = decorator_foo(foo) + foo = decorator() 這樣之後你調用foo就是調用的被裝飾後的foo了app

8、講一個厲害的裝飾器應用

情形和需求是這樣的，好比我在django view 下作用戶驗證（不用session），有home函數處理普通用戶請求，index處理管理員請求，bbs返回論壇請求，member處理會員請求。函數
固然咱們若是在每個函數內都作一次驗證，那代碼重複就太多了，因此選擇用裝飾器，不失爲一個好方法。但是如今們要求，根據不一樣的函數，home、bbs、member都在本地數據庫驗證,而index作ldap驗證，意思就是咱們要在一個裝飾器裏面，根據不一樣的函數作不一樣的驗證。spa

通常的驗證：

def _authentication(r):
    print('假設使用這個函數作本地用戶認證，過了返回True，錯誤返回False')
    return #返回驗證結果

def auth(fun):         #裝飾器函數
    def wrapper(request, *args, **kwargs):
        if _authentication(request):         #調用驗證函數
            result = fun(request)
            return result
        else:
            return '用戶名或密碼錯了，從新登陸吧！'
    return wrapper

@auth
def index(request):
    pass

@auth
def home(request):
    pass

@auth
def bbs(request):
    pass

@auth
def member(request):
    pass

所有代碼我就不寫了，太多複雜了，就用僞代碼，邏輯描述來代替了。
能夠看出來，咱們這個函數能夠實現用戶驗證功能，無論你使用cookie也好，去本地數據庫取數據也罷。可是咱們上面說的需求，把index來的請求分離出來，作ldap驗證，顯然這樣的裝飾器是無法作到的。沒法識別誰來的請求。

@裝飾器還提供了一功能，能解決這個問題，往下看：

def _authentication(r):
    print('假設使用這個函數作本地用戶認證，過了返回True，錯誤返回False')
    return #返回驗證結果

def _ldap(r):
    print('ldap驗證')    
    return  #返回ldap驗證結果

def auth(souce_type):
    #這兒的souce_type參數就是@auth(v)運行時傳過來的參數
    def outer(fun):    
        def wrapper(request, *args, **kwargs):
            if souce_type == 'local':     #* 1 若是請求來源標記是'local'就本地驗證
                if _authentication(request):
                    result = fun(request)
                    return result
                else:
                    return '用戶名或密碼錯了，從新登陸吧！'
            elif souce_type == 'ldap':    #* 1 若是請求來源標記是'ldap'就ldap驗證
                if _ldap(request):
                    return fun(request)
                else:
                    return '用戶名或密碼錯了，從新登陸吧！'
        return wrapper
    return outer
@auth(souce_type = 'ldap')     #3 裝飾
def index(request):
    pass

@auth(souce_type = 'local')         #4
def home(request):
    pass

注意#3，#4處，咱們把auth('parameter')加參數運行了一次，而裝飾器函數auth裏面進行了三層嵌套，auth---->outer----->wrapper，你能夠這樣理解，原來的@auth @符號會把後面的內容auth運行一次直接就返回了wrapper，如今，咱們本身把auth('parameter')加參數運行了一次獲得outer，@auth(parameter)就等同於 @outer，@符號把後面的outer運行一次後再獲得wrapper並賦給被修飾函數，而函數souce_type來源也被咱們帶進了裝飾器。