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Day 29：Python 类装饰器的奥秘与实践

在编程的世界里，装饰器是一种强大的工具，它允许我们在不修改原函数或类代码的情况下，增强其功能。今天，我们深入探索类装饰器的魔力，解锁更高级的封装技巧。

一、类装饰器：函数装饰器的升级版

函数装饰器我们已经比较熟悉了，它接收一个函数，返回一个修改后的函数，用于在调用前后添加额外功能（如日志记录、权限验证等）。而类装饰器则更进一步：它接收一个类，返回一个修改后的类。这个强大的特性使我们能够在不触碰原始类代码的前提下，为类添加新的方法、修改现有方法甚至替换整个类。

二、类装饰器 VS 函数装饰器：核心区别

特性	函数装饰器	类装饰器
作用对象	函数（Function）	类（Class）
传入参数	接收函数作为参数（def decorator(func):）	接收类作为参数（def decorator(cls):）
返回值	返回包装后的函数（通常是闭包）	返回修改后的类（可以是原类或新类）
常见用途	修改函数行为（如日志、计时、权限验证）	修改类的结构（如添加属性、方法、修改初始化逻辑）
核心逻辑	用闭包包裹函数，在不修改函数代码的前提下扩展功能	直接修改类的定义（如添加/替换方法、属性）

三、实战：为类添加日志功能

让我们通过一个简单的例子来理解类装饰器的实际应用。我们定义一个类装饰器 class_logger，用于为类添加日志功能。

def class_logger(cls):
    # 保存原始的 __init__ 方法
    original_init = cls.__init__

    def new_init(self, *args, **kwargs):
        # 新增实例化日志
        print(f"[LOG] 实例化对象: {cls.__name__}")
        original_init(self, *args, **kwargs)  # 调用原始构造方法

    # 将类的 __init__ 方法替换为新方法
    cls.__init__ = new_init

    # 为类添加一个日志方法（示例）
    def log_message(self, message):
        print(f"[LOG] {message}")

    cls.log = log_message  # 将方法绑定到类
    return cls


# 定义简单打印类，应用装饰器
@class_logger
class SimplePrinter:
    def __init__(self, name):
        self.name = name  # 构造方法：初始化名称

    def print_text(self, text):
        """简单打印方法"""
        print(f"{self.name}: {text}")


# 使用示例
printer = SimplePrinter("Alice")  # 实例化时触发装饰器的日志
printer.print_text("Hello, World!")  # 调用普通方法
printer.log("这是装饰器添加的日志方法")  # 调用装饰器新增的方法

输出结果：

[LOG] 实例化对象: SimplePrinter
Alice: Hello, World!
[LOG] 这是装饰器添加的日志方法

在这个例子中，class_logger 装饰器为 SimplePrinter 类添加了两个功能：

1. 在实例化对象时记录日志。
2. 为类添加了一个新的 log 方法，用于记录自定义消息。

四、类方法定义的两种风格

在 Python 中，定义类的方法有两种主要方式：

1. 类内部定义方法（常规方式）

class MyClass:
    def method(self):
        print("这是类内部定义的方法")

这种方式简单直观，是定义类方法的常规方式。方法可以直接访问类的其他成员，包括私有成员。

2. 外部赋值定义方法（动态方式）

def external_method(self):
    print("这是外部定义的方法")

class MyClass:
    pass

MyClass.external_method = external_method  # 动态添加方法

这种方式允许我们在类定义完成后再动态添加方法，常用于装饰器、元类和动态编程场景。需要注意的是，外部定义的方法需要通过 self 或类名显式访问类的其他成员。

五、动态修改已定义的类

装饰器的本质是语法糖。对于类装饰器而言，@decorator 语法实际上是 MyClass = decorator(MyClass) 的简写。这意味着即使类已经定义完成，我们仍然可以通过手动调用装饰器函数来修改它。

class ExistingClass:
    def __init__(self, value):
        self.value = value

# 手动应用装饰器修改已定义的类
ExistingClass = class_logger(ExistingClass)

obj = ExistingClass("Test")  # 触发装饰器添加的日志功能

浙大疏锦行