10.3.5 使用*和**创建包装函数

在Python编程中，函数是组织代码、实现特定功能的基本单元。随着项目复杂度的增加，我们经常会遇到需要修改或增强现有函数功能的情况，而不希望直接修改原始函数代码（这有助于保持代码的模块化和可维护性）。这时，包装函数（也称为装饰器或代理函数）就显得尤为重要。包装函数通过接收一个函数作为参数，并返回一个新的函数，实现了对原函数行为的扩展或修改。在这个过程中，*（位置参数解包）和**（关键字参数解包）作为Python中的高级特性，为创建灵活且强大的包装函数提供了极大便利。

1. 理解*和**在函数定义中的使用

在深入探讨如何使用*和**创建包装函数之前，先简要回顾一下它们在函数定义中的用途。

• *args：允许你将一个不定长度的参数列表作为一个元组传递给函数。这意味着，所有没有匹配到具名参数的位置参数都会被收集到args这个元组中。
• **kwargs：允许你将不定长度的关键字参数作为一个字典传递给函数。这样，所有没有匹配到具名参数的关键字参数都会被收集到kwargs这个字典中。

2. 包装函数的基本概念

包装函数是一种特殊的函数，它接收一个或多个函数作为参数，并返回一个新的函数。这个新函数在某些方面对原函数进行了包装或增强，但保留了原函数的基本功能。常见的应用场景包括日志记录、性能测试、权限校验等。

3. 使用*args和**kwargs创建通用包装函数

当我们想要创建一个能够包装任意函数的包装函数时，*args和**kwargs变得尤为重要。它们允许包装函数接收并传递任意数量和类型的参数给被包装的函数，从而保证了高度的灵活性和通用性。

示例：一个简单的日志记录包装函数

假设我们想要创建一个包装函数，用于在调用任何函数之前和之后打印日志信息。这个包装函数需要能够处理任意数量和类型的参数，因为它不知道被包装函数的签名。

def log_wrapper(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"Calling {func.__name__} with args: {args} and kwargs: {kwargs}")
        result = func(*args, **kwargs)  # 调用原始函数
        print(f"{func.__name__} returned: {result}")
        return result
    return wrapper
# 使用示例
@log_wrapper
def add(x, y):
    return x + y
@log_wrapper
def greet(name, greeting="Hello"):
    return f"{greeting}, {name}!"
# 调用包装后的函数
print(add(5, 3))
print(greet("Alice"))

在上述示例中，log_wrapper是一个包装函数，它接收一个函数func作为参数，并返回一个新的函数wrapper。wrapper函数内部使用了*args和**kwargs来捕获并传递任意数量和类型的参数给func函数。这样，无论func的签名如何，log_wrapper都能正确地包装它。

4. 进阶：在包装函数中处理特定参数

虽然*args和**kwargs提供了极大的灵活性，但在某些情况下，我们可能需要在包装函数中处理或修改特定参数。这时，可以结合使用*args、**kwargs和函数签名中的具名参数来实现。

示例：带有额外日志级别的包装函数

假设我们想要扩展上述的log_wrapper，使其能够接受一个额外的参数log_level，用于控制日志的详细程度。

def log_wrapper_with_level(log_level='INFO'):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            log_prefix = f"[{log_level}] "
            print(f"{log_prefix}Calling {func.__name__} with args: {args} and kwargs: {kwargs}")
            result = func(*args, **kwargs)
            print(f"{log_prefix}{func.__name__} returned: {result}")
            return result
        return wrapper
    return decorator
# 使用示例
@log_wrapper_with_level('DEBUG')
def multiply(x, y):
    return x * y
print(multiply(4, 5))

在这个进阶示例中，log_wrapper_with_level首先是一个工厂函数，它接受一个log_level参数并返回一个装饰器decorator。decorator才是真正意义上的包装函数，它接受一个函数func并返回一个包装后的函数wrapper。通过这种方式，我们既能在包装函数级别控制日志级别，又保留了处理任意数量和类型参数的灵活性。

5. 总结

通过使用*args和**kwargs，我们可以创建出既灵活又强大的包装函数，这些函数能够接收并传递任意数量和类型的参数给被包装的函数。此外，结合使用函数签名中的具名参数，我们还可以在包装函数中处理或修改特定参数，进一步扩展其功能。包装函数是Python编程中一个非常有用的特性，它能够帮助我们编写更加模块化和可维护的代码。在《Python编程轻松进阶(四)》的后续章节中，我们还将继续探索更多高级编程技巧和最佳实践。