【设计模式】深入解析装饰器模式（Decorator Pattern）

深入解析装饰器模式（Decorator Pattern）

一、装饰器模式的核心概念

装饰器模式是一种结构型设计模式，用于动态地给对象添加新功能，而不改变其原始代码。

1. 为什么需要装饰器？

• 避免继承带来的类爆炸问题：如果每种新功能都创建子类，组合复杂时类会爆炸式增长。
• 支持动态扩展功能：继承是静态的，而装饰器可以在运行时动态添加/移除功能。
• 遵循开闭原则（OCP）：不修改原始代码，而是通过装饰器增强。

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二、装饰器的核心机制

装饰器本质上就是一个高阶函数，它接收一个函数（或类）作为参数，返回一个新的函数（或类），增强原有功能。

装饰器的执行顺序

1. 定义装饰器
   • 编写一个函数，接收原函数 func，在 wrapper 中增加新功能。
2. 应用装饰器
   • 通过 @decorator 语法，把装饰器作用在目标函数上。
3. 调用目标函数
   • 实际执行的是 wrapper()，它先执行装饰逻辑，再调用原函数。

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三、Python 装饰器示例

1. 计时装饰器

📌 示例：在函数运行前后打印执行时间

import time

# 定义装饰器
def time_logger(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.time()  # 记录开始时间
        result = func(*args, **kwargs)  # 执行原函数
        end_time = time.time()  # 记录结束时间
        print(f"{func.__name__} 执行时间: {end_time - start_time:.6f} 秒")
        return result  # 返回原函数的返回值
    return wrapper  # 返回包装后的函数

# 使用装饰器
@time_logger
def slow_function():
    time.sleep(1)
    print("函数执行完毕")

slow_function()

执行流程：

1. @time_logger 作用在 slow_function 上，相当于 slow_function = time_logger(slow_function)。
2. 当调用 slow_function() 时，实际上执行的是 wrapper()：
   • 先 记录时间 start_time。
   • 再 调用 slow_function()。
   • 最后 计算并打印执行时间。

输出示例：

函数执行完毕
slow_function 执行时间: 1.000123 秒

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2. 日志装饰器

📌 示例：在函数执行前后自动记录日志

def log_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print(f"开始执行 {func.__name__}，参数：{args} {kwargs}")
        result = func(*args, **kwargs)
        print(f"{func.__name__} 执行完毕，返回值：{result}")
        return result
    return wrapper

@log_decorator
def add(a, b):
    return a + b

print(add(3, 5))

执行流程：

1. @log_decorator 把 add 包装成 wrapper，add 变成 wrapper 的引用。
2. 当 add(3, 5) 执行时：
   • 先 打印 "开始执行 add，参数：(3, 5) {}"
   • 再 运行 add(3, 5)
   • 最后 记录 "add 执行完毕，返回值：8"

输出示例：

开始执行 add，参数：(3, 5) {}
add 执行完毕，返回值：8
8

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3. 组合多个装饰器

装饰器可以层层叠加，按顺序执行：

@time_logger
@log_decorator
def multiply(a, b):
    time.sleep(0.5)
    return a * b

print(multiply(2, 3))

执行流程：

1. 先 执行 log_decorator
2. 再 执行 time_logger
3. 最后 执行 multiply

输出示例：

开始执行 multiply，参数：(2, 3) {}
函数执行完毕
multiply 执行时间: 0.500123 秒
multiply 执行完毕，返回值：6
6

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四、JavaScript 装饰器示例

1. 计时装饰器

function timeLogger(func) {
    return function (...args) {
        const startTime = Date.now();
        const result = func(...args);  // 执行原函数
        const endTime = Date.now();
        console.log(`${func.name} 执行时间: ${(endTime - startTime) / 1000} 秒`);
        return result;
    };
}

function slowFunction() {
    console.log("函数执行中...");
    for (let i = 0; i < 1e9; i++) {}  // 模拟耗时操作
    console.log("函数执行完毕");
}

const wrappedFunction = timeLogger(slowFunction);
wrappedFunction();

执行流程：

1. timeLogger(slowFunction) 返回 wrapper，wrappedFunction 变成 wrapper。
2. 执行 wrappedFunction() 时：
   • 先 记录 startTime。
   • 再 执行 slowFunction()。
   • 最后 计算执行时间并打印。

输出示例：

函数执行中...
函数执行完毕
slowFunction 执行时间: 2.345 秒

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2. ES7+ 修饰器（Decorator）

在现代 JavaScript 中，可以使用 @decorator 语法：

function logDecorator(target, key, descriptor) {
    const originalMethod = descriptor.value;
    descriptor.value = function (...args) {
        console.log(`执行 ${key}，参数：`, args);
        const result = originalMethod.apply(this, args);
        console.log(`返回值：`, result);
        return result;
    };
    return descriptor;
}

class MathOperations {
    @logDecorator
    add(a, b) {
        return a + b;
    }
}

const math = new MathOperations();
math.add(3, 5);

输出示例：

执行 add，参数：[3, 5]
返回值：8

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五、装饰器模式 vs 代理模式

对比项	装饰器模式（Decorator）	代理模式（Proxy）
作用	增强对象功能	控制对象访问
是否修改原对象	❌ 不修改	❌ 只代理，通常不修改
是否拦截请求	❌ 不拦截	✅ 代理可拦截请求
典型应用	Vue reactive()、日志、计时	API 代理、缓存、权限控制

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六、总结

1. 装饰器模式用于动态扩展对象功能，而不修改其原始代码。
2. 装饰器本质是一个高阶函数，接收函数/类作为参数，返回一个增强版本。
3. Python @decorator 语法糖让装饰器更直观，JavaScript 也可以使用 @decorator（ES7+）。
4. 适用于日志记录、权限控制、缓存优化等场景。

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