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软件开发过程中，重复性工作是 Avoid 的关键技能。在 Python 中，当需要创建高度重复的代码时，元 Programing 是最常采用的解决方案。简单而言，元编程的核心目标就是通过创建函数和类来操纵代码，实现行为的生成、修改和包装。Python 提供了多种元编程技巧，如装饰器、类装饰器、元类，以及用途广泛的主题工具（如对象签名、exec()用于执行代码以及检查函数和类的内部结构）。

1 装饰器

1.1 用装饰器给函数添加一个包装

装饰器的本质是一个能够接收并返回新函数的函数。它可以用来为函数添加额外处理，例如记录日志、计时统计等。在事实上，一个非常常见的应用场景是记录函数的运行时间。

简单的示例：

def CutDown(n):
    import time
    start = time.time()
    while n > 0:
        n -= 1
    end = time.time()
    print(end - start)
CutDown(10000000)

输出结果：

1.1250569820404053秒

引入装饰器的方法：

def GetRunTime(func):
    import time
    from functools import wraps
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print(func.__name__, end - start)
        return result
    return wrapper
@GetRunTime
def cutdown(n):
    while n > 0:
        n -= 1
cutdown(10000000)

输出结果：

cutdown 1.1274616718292236秒

用这种方法的优势在于，只需为需要记录运行时间的函数添加装饰器即可，极大地简化了调试过程。

1.2 运用装饰器时保存函数的元数据

未使用 @wraps(func) detectives 的话，被装饰函数会失去元数据，如函数名、文档字符串、注解以及调用签名。

未使用 wraps 的示例：

def GetRunTime(func):
    import time
    def wrapper(*args, **kwargs):
        """参数描述：args、kwargs；返回：函数结果"""
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print(func.__name__, end - start)
        return result
    return wrapper
@GetRunTime
def cutdown(n):
    """参数描述：n；返回：None"""
    while n > 0:
        n -= 1
cutdown(10000000)
print(cutdown.__name__)
print(cutdown.__doc__)

注意：

打印输出结果为：

wrapper 1.4844520092010498秒
wrapper      :参数描述：args；返回：None

使用 @wraps(func) 后的示例：

from functools import wraps
def GetRunTime(func):
    import time
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start = time.time()
        result = func(*args, **kwargs)
        end = time.time()
        print(func.__name__, end - start)
        return result
    return wrapper
@GetRunTime
def cutdown(n):
    """参数描述：n；返回：None"""
    while n > 0:
        n -= 1
print(cutdown.__name__) # 输出：cutdown
print(cutdown.__doc__) # 输出：参数描述：n；返回：None

输出结果示例：

cutdown 1.193265676498413秒
cutdown :参数描述：n；返回：None

可以看出，使用 @wraps(func) 后，函数的元数据完整保留。

1.3 对装饰器进行解包

可以通过 wrapped 属性解包装后的函数。例如：

@GetRunTime
def cutdown(n):
    """参数描述：n；返回：None"""
    print('cutdown is running')
    while n > 0:
        n -= 1
# 使用 wrapped 属性调用原函数
print(cutdown.__wrapped__(10000000))

输出结果：

cutoff is running

这种方法特别有用，当函数有多个装饰器时，可以直接访问被装饰后的函数。