Python 使用类写装饰器的小技巧

最近学到了一个有趣的装饰器写法，就记录一下。

装饰器是一个返回函数的函数。写一个装饰器，除了最常见的在函数中定义函数以外，Python还允许使用类来定义一个装饰器。

1、用类写装饰器

下面用常见的写法实现了一个缓存装饰器。

def cache(func):
  data = {}
  def wrapper(*args, **kwargs):
    key = f'{func.__name__}-{str(args)}-{str(kwargs)})'
    if key in data:
      result = data.get(key)
      print('cached')
    else:
      result = func(*args, **kwargs)
      data[key] = result
      print('calculated')
    return result
  return wrapper

看看缓存的效果。

@cache
def rectangle_area(length, width):
  return length * width
rectangle_area(2, 3)
# calculated
# 6
rectangle_area(2, 3)
# cached
# 6

装饰器的@cache是一个语法糖，相当于func = cache(func)，如果这里的cache不是一个函数，而是一个类又会怎样呢？定义一个类class Cache， 那么调用func = Cache(func)会得到一个对象，这时返回的func其实是Cache的对象。定义__call__方法可以将类的实例变成可调用对象，可以像调用函数一样调用对象。然后在__call__方法里调用原本的func函数就能实现装饰器了。所以Cache类也能当作装饰器使用，并且能以@Cache的形式使用。

接下来把cache函数改写为Cache类：

class Cache:
  def __init__(self, func):
    self.func = func
    self.data = {}
  def __call__(self, *args, **kwargs):
    func = self.func
    data = self.data
    key = f'{func.__name__}-{str(args)}-{str(kwargs)})'
    if key in data:
      result = data.get(key)
      print('cached')
    else:
      result = func(*args, **kwargs)
      data[key] = result
      print('calculated')
    return result

再看看缓存结果，效果一样。

@Cache
def rectangle_area(length, width):
  return length * width
rectangle_area(2, 3)
# calculated
# 6
rectangle_area(2, 3)
# cached
# 6

2、装饰类的方法

装饰器不止能装饰函数，也经常用来装饰类的方法，但是我发现用类写的装饰器不能直接用在装饰类的方法上。（有点绕…）

先看看函数写的装饰器如何装饰类的方法。

class Rectangle:
  def __init__(self, length, width):
    self.length = length
    self.width = width
  @cache
  def area(self):
    return self.length * self.width
r = Rectangle(2, 3)
r.area()
# calculated
# 6
r.area()
# cached
# 6

但是如果直接换成Cache类会报错，这个错误的原因是area被装饰后变成了类的一个属性，而不是方法。

class Rectangle:
  def __init__(self, length, width):
    self.length = length
    self.width = width
  @Cache
  def area(self):
    return self.length * self.width
r = Rectangle(2, 3)
r.area()
# TypeError: area() missing 1 required positional argument: 'self'
Rectangle.area
# <__main__.Cache object at 0x0000012D8E7A6D30>
r.area
# <__main__.Cache object at 0x0000012D8E7A6D30>

回头再来看看没有装饰器的情况，Python在实例化对象后把函数变成了方法。

class Rectangle:
  def __init__(self, length, width):
    self.length = length
    self.width = width

  def area(self):
    return self.length * self.width

Rectangle.area
# <function Rectangle.area at 0x0000012D8E7B28C8>
r = Rectangle(2, 3)
r.area
# <bound method Rectangle.area of <__main__.Rectangle object

因此解决办法很简单，要用类写的装饰器来装饰类的方法，只需要把可调用对象包装成函数就行。

# 定义一个简单的装饰器，什么也不做，仅仅是把可调用对象包装成函数
def method(call):
  def wrapper(*args, **kwargs):
    return call(*args, **kwargs)
  return wrapper
class Rectangle:
  def __init__(self, length, width):
    self.length = length
    self.width = width
  @method
  @Cache
  def area(self):
    return self.length * self.width
r = Rectangle(2, 3)
r.area()
# calculated
# 6
r.area()
# cached
# 6

或者用@property还能直接把方法变成属性。

class Rectangle:
  def __init__(self, length, width):
    self.length = length
    self.width = width
  @property
  @Cache
  def area(self):
    return self.length * self.width
r = Rectangle(2, 3)
r.area
# calculated
# 6
r.area
# cached
# 6

总结

用类写装饰器并非什么特别的技巧，一般情况下确实没必要这么写，不过这样就可以用一些类的特性来写装饰器，比如类的继承，也算是提供了另一种思路吧。