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Python 函数与装饰器实践

一、函数名称空间

在 Python 中，函数内部的变量、参数等都是存放在名称空间中的。名称空间分为局部（locals）、全局（globals）和内置（builtins）三个层次。不同变量的作用域由它们所在的命名空间决定。

作用域查找顺序

Python 的命名查找遵循 LEGB 原则：

例如，在下面的代码中，n 的值会是多少？

level = 'L0'
n = 22
def func():
    level = 'L1'
    n = 33
    print(locals())
    def outer():
        n = 44
        level = 'L2'
        print(locals(), n)  # 此处打印的 n 是多少？
        def inner():
            level = 'L3'
            print(locals(), n)  # 此外打印的 n 是多少？
            inner()
    outer()
func()

闭包

闭包是指在函数外定义的函数能够记住它外部函数的变量和状态。例如：

def outer():
    name = 'alex'
    def inner():
        print("在 inner 里打印外层函数的变量", name)
    return inner
f = outer()
f()

装饰器

装饰器是一种高阶函数，用来装饰其他函数，添加额外功能。通过在函数定义上使用 @ 符号，可以在不修改原函数的情况下扩展其功能。

例如，用于添加认证功能的装饰器：

def login(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        _username = "alex"
        _password = "abc!23"
        global user_status
        if user_status == False:
            username = input("user:")
            password = input("pasword:")
            if username == _username and password == _password:
                print("welcome login....")
                user_status = True
            else:
                print("wrong username or password!")
        if user_status == True:
            return func(*args, **kwargs)
    return inner
user_status = False
def home():
    print("---首页----")
@login
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
@login
def henan():
    print("----河南专区----")
home()
america()
henan()

练习题

一、编写三个函数，每个函数执行的时间不同

import time
def sleepy():
    time.sleep(2)
    print("睡了2秒")
def sleepy2():
    time.sleep(4)
    print("睡了4秒")
def sleepy3():
    time.sleep(6)
    print("睡了6秒")

二、编写装饰器，为每个函数加上统计运行时间的功能

import time
def decorator(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print(f"函数执行时间：{end - start} 秒")
        return result
    return inner
@decorator
def sleepy():
    time.sleep(2)
    print("睡了2秒")
@decorator
def sleepy2():
    time.sleep(4)
    print("睡了4秒")
@decorator
def sleepy3():
    time.sleep(6)
    print("睡了6秒")

三、编写装饰器，为函数加上认证的功能

def login(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        _username = "alex"
        _password = "abc!23"
        global user_status
        if user_status == False:
            username = input("user:")
            password = input("pasword:")
            if username == _username and password == _password:
                print("welcome login....")
                user_status = True
            else:
                print("wrong username or password!")
        if user_status == True:
            return func(*args, **kwargs)
    return inner
user_status = False
def home():
    print("---首页----")
@login
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
@login
def henan():
    print("----河南专区----")
home()
america()
henan()

四、编写装饰器，为多个函数加上认证的功能（用户的账号密码来源于文件），要求登录成功一次，后续的函数都无需再输入用户名和密码

import os
def login(func):
    def inner(*args, **kwargs):
        auth_file = "auth.txt"
        try:
            with open(auth_file, 'r') as f:
                data = f.read()
                user_info = eval(data)
                _username = user_info['name']
                _password = user_info['password']
                global user_status
                if user_status == False:
                    username = input("user:")
                    password = input("pasword:")
                    if username == _username and password == _password:
                        print("welcome login....")
                        user_status = True
                    else:
                        print("wrong username or password!")
                if user_status == True:
                    return func(*args, **kwargs)
        except Exception as e:
            print(f"读取认证文件失败：{e}")
            return
    return inner
user_status = False
def home():
    print("---首页----")
@login
def america():
    print("----欧美专区----")
def japan():
    print("----日韩专区----")
@login
def henan():
    print("----河南专区----")
home()
america()
henan()

通过以上练习，可以更深入地理解函数命名空间、闭包和装饰器的原理及其应用。