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Python 装饰器原理:函数替换与闭包结合

舞姬之光

舞姬之光

发布时间:2026-01-26 17:48:01

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来源于php中文网

原创

装饰器本质是函数对象的重新赋值,即执行@decorator等价于func = decorator(func);必须返回可调用对象,否则func变为None;依赖闭包保存原函数和参数;带参装饰器需三层嵌套;functools.wraps必用于修复元信息。

python 装饰器原理:函数替换与闭包结合

装饰器本质是函数对象的重新赋值

Python 装饰器运行时并不“增强”原函数,而是用新函数完全替换 func 的名字绑定。执行 @decorator 等价于 func = decorator(func),这是最核心的事实。如果你在装饰器内部没返回一个可调用对象,被装饰函数就会变成 None,后续调用直接报 TypeError: 'NoneType' object is not callable

常见错误包括:

  • 忘记在装饰器内写 return wrapper(只写了 def wrapper 但没返回)
  • 误以为 print 或日志记录就等于“完成装饰”,实际必须显式返回替换函数
  • 在类方法上误用函数装饰器,未处理 self 参数导致 missing 1 required positional argument

闭包保存原函数和装饰参数的关键机制

装饰器能记住 func 和传入的配置(比如 @retry(times=3) 中的 times),靠的是 Python 闭包:内部函数 wrapper 引用了外层作用域的变量,这些变量随 wrapper 一起被保留。

这意味着:

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  • func 不会被立即执行,只是被存进闭包环境,等 wrapper 被调用时才真正运行
  • 多个被同一装饰器修饰的函数,各自拥有独立的闭包,互不干扰(例如两个 @cache 函数各自维护自己的字典)
  • 若在闭包中修改了可变对象(如列表、字典),所有共享该闭包的 wrapper 实例会看到相同状态——这常被用于计数器或缓存共享,但也容易引发意外副作用

带参数的装饰器必须嵌套三层函数

@log(level='DEBUG') 这种带参数的写法,不是语法糖,而是强制要求三阶嵌套:外层接收装饰参数,中间接收被装饰函数,内层才是实际执行逻辑的 wrapper

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结构固定为:

def log(level='INFO'):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            print(f'[{level}] {func.__name__}')
            return func(*args, **kwargs)
        return wrapper
    return decorator

漏掉任意一层都会出错:

  • 少最外层 → TypeError: log() missing 1 required positional argument: 'func'
  • 少中间层 → TypeError: 'function' object is not callable(因为 @log('DEBUG') 返回的是 wrapper,而非可接受 func 的装饰器)
  • 混淆调用时机:level@log('DEBUG') 时求值,不是在 wrapper()

装饰器破坏原函数的元信息,functools.wraps 是必选项

未经处理的装饰器会让 func.__name__ 变成 'wrapper'func.__doc__ 丢失,help(func) 显示错误签名。这不是 bug,是闭包函数自然行为。

修复方式唯一且标准:

  • wrapper 定义后立即加 @functools.wraps(func)
  • 必须导入:from functools import wraps
  • 不能只复制 __name____doc__ 单个属性——wraps 同时同步 __module____annotations____qualname__ 等共 7 项关键属性
  • 第三方库(如 dataclassespydantic)依赖这些元信息做反射,不加 wraps 可能导致校验失败或 IDE 提示异常

闭包和函数替换共同构成装饰器的底层骨架,但真正让装饰器“可用”的,往往是那些不起眼的元信息修复和嵌套层级控制——它们不出现在教程图解里,却决定代码能否在真实项目中长期存活。

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