Python 中多个装饰器执行顺序验证

关于 Python 装饰器执行时的顺序问题，一直以来都保持粗略的理解概念：

• 装饰器相当于函数调用的语法糖，因此在函数执行时，会从最内层括号开始，逐层向外执行。从代码文本上看，就是距离被修饰函数越近的装饰器，越先执行
  
• 原始的装饰器会覆盖被修饰函数的__name__等元数据，需要使用functools.wraps修饰wrapper函数，保留被修饰函数的元数据
  
• Python 代码存在编译时与运行时的区别，因此，装饰器中代码的执行顺序，不总是被装饰函数最先执行
  

最近遇到一些问题，对以上概念的理解有些模糊，尝试通过代码验证。执行 Python 版本为 3.9.12。
单模块执行

测试代码

1. #!/usr/bin/python
2. # encoding: utf-8
4. def deco1(func):
5.     print('Deco 1-1')
6.     def wrapper(*args, **kwargs):
7.         print('Deco 1 - wrapper 1')
8.         r = func(*args, **kwargs)
9.         print('Deco 1 - wrapper 2')
10.         return r
11.     print('Deco 1-2')
12.     return wrapper
15. def deco2(func):
16.     print('Deco 2-1')
17.     def wrapper(*args, **kwargs):
18.         print('Deco 2 - wrapper 1')
19.         r = func(*args, **kwargs)
20.         print('Deco 2 - wrapper 2')
21.         return r
22.     print('Deco 2-2')
23.     return wrapper
26. def deco3(func):
27.     print('Deco 3-1')
28.     def wrapper(*args, **kwargs):
29.         print('Deco 3 - wrapper 1')
30.         r = func(*args, **kwargs)
31.         print('Deco 3 - wrapper 2')
32.         return r
33.     print('Deco 3-2')
34.     return wrapper
37. @deco3
38. @deco2
39. @deco1
40. def test():
41.     print("Test func")
44. if __name__ == '__main__':
45.     print('Test begin')
46.     test()
47.     print('Test end')

复制代码

测试代码中，deco1、deco2 和 deco3 装饰器都是同步函数，只有输出日志是不同的，因此，可以认为输出日志的顺序，即是代码执行的顺序。
执行结果

代码执行结果如下：

1. Deco 1-1
2. Deco 1-2
3. Deco 2-1
4. Deco 2-2
5. Deco 3-1
6. Deco 3-2
7. Test begin
8. Deco 3 - wrapper 1
9. Deco 2 - wrapper 1
10. Deco 1 - wrapper 1
11. Test func
12. Deco 1 - wrapper 2
13. Deco 2 - wrapper 2
14. Deco 3 - wrapper 2
15. Test end

复制代码

执行结果分析

分析执行结果的顺序可以发现：

• 进入模块__main__入口之前，会先“编译”装饰器代码，因此 "Test begin" 之前会打印Deco 1-1 等日志
  
• 在“Test begin”执行后，Deco 3 - wrapper 1 -> Deco 2 - wrapper 1 -> Deco 1 - wrapper 1 依次出现，与装饰器从上到下的应用顺序相符，而“Test func”之后，Deco 1 - wrapper 2 -> Deco 2 - wrapper 2 -> Deco 3 - wrapper 2 依次执行，顺序变成后进先出
  
• 所有装饰器代码执行结束，才轮到最后的“Test end”
  

多个装饰器的“编译”顺序，符合“距离最近的先执行”的印象

如果调整装饰器的应用顺序，让 deco2 最先修饰 test，关键代码如下：

1. @deco3
2. @deco1
3. @deco2
4. def test():
5.     print("Test func")

复制代码

执行时输出结果如下，可以发现“Test begin”之前的部分中，deco2最先被调用

1. Deco 2-1
2. Deco 2-2
3. Deco 1-1
4. Deco 1-2
5. Deco 3-1
6. Deco 3-2
7. Test begin
8. Deco 3 - wrapper 1
9. Deco 1 - wrapper 1
10. Deco 2 - wrapper 1
11. Test func
12. Deco 2 - wrapper 2
13. Deco 1 - wrapper 2
14. Deco 3 - wrapper 2
15. Test end

复制代码

结论 v1.0

分析上面代码的执行顺序，可以得到以下结论：

• 执行被装饰的函数之前，存在类似“编译”的阶段，会执行装饰器中 wrapper 函数之外的代码
  
• 多个装饰器修饰同一个函数的情况下，最外层（即写在函数代码块最上面一行）的装饰器的 wrapper 函数中，被装饰函数之前的代码最先被执行，然后是次外层的装饰器中被装饰函数之前的代码，依此类推，直到真正执行被装饰函数；如果 wrapper 函数内存在执行后的代码，则执行顺序与 wrapper 函数内被装饰函数执行前代码的执行顺序相反，可以认为全部代码的执行顺序符合deco3(deco2(deco1(test())))的函数式执行顺序，与文档说明相符
  

多模块执行

测试装饰器是否应用编译缓存。将装饰器代码与测试代码放在不同的模块中。
测试代码

decos.py

1. #!/usr/bin/python
2. # encoding: utf-8
4. def deco1(func):
5.     print('Deco 1-1')
6.     def wrapper(*args, **kwargs):
7.         print('Deco 1 - wrapper 1')
8.         r = func(*args, **kwargs)
9.         print('Deco 1 - wrapper 2')
10.         return r
11.     print('Deco 1-2')
12.     return wrapper
15. def deco2(func):
16.     print('Deco 2-1')
17.     def wrapper(*args, **kwargs):
18.         print('Deco 2 - wrapper 1')
19.         r = func(*args, **kwargs)
20.         print('Deco 2 - wrapper 2')
21.         return r
22.     print('Deco 2-2')
23.     return wrapper
26. def deco3(func):
27.     print('Deco 3-1')
28.     def wrapper(*args, **kwargs):
29.         print('Deco 3 - wrapper 1')
30.         r = func(*args, **kwargs)
31.         print('Deco 3 - wrapper 2')
32.         return r
33.     print('Deco 3-2')
34.     return wrapper

复制代码

decorator-test.py

1. #!/usr/bin/python
2. # encoding: utf-8
4. from decos import deco1, deco2, deco3
6. @deco2
7. def test2():
8.     print("Test 2 func")
11. @deco3
12. @deco2
13. @deco1
14. def test():
15.     print("Test func")
17. if __name__ == '__main__':
18.     print('Test begin')
19.     test2()  # 连续执行多个被装饰函数
20.     print("==" * 10)
21.     test()
22.     print('Test end')

复制代码

执行结果

1. Deco 2-1
2. Deco 2-2
3. Deco 1-1
4. Deco 1-2
5. Deco 2-1
6. Deco 2-2
7. Deco 3-1
8. Deco 3-2
9. Test begin
10. Deco 2 - wrapper 1
11. Test 2 func
12. Deco 2 - wrapper 2
13. ====================
14. Deco 3 - wrapper 1
15. Deco 2 - wrapper 1
16. Deco 1 - wrapper 1
17. Test func
18. Deco 1 - wrapper 2
19. Deco 2 - wrapper 2
20. Deco 3 - wrapper 2
21. Test end

复制代码

结果分析

分析以上执行结果，可以发现：

• Deco 2-1出现了两次，可以认为多个被装饰函数一起被执行时，装饰器 wrapper 函数之外的代码会被重复执行，执行顺序符合代码中被装饰函数的声明顺序
  
• wrapper 函数内，被装饰函数前后的代码，它们的执行顺序与单模块的情况下相同
  

结论

Python 中的装饰器相当于语法糖，实际执行时，代码执行顺序与多层函数包裹目标函数的写法的执行顺序一致（即 deco3(deco2(deco1(test()))) )。
在简单装饰器的场景下，例如装饰器的 wrapper 函数中直接return func(**args, **kwargs)的写法，装饰器函数本身、内部 wrapper 函数中不包含额外逻辑的情况下，可以认为被装饰函数先执行并返回结果，然后越靠近被装饰函数的装饰器越先返回。
如果装饰器本身包含较复杂的逻辑，例如测试代码中 wrapper 函数执行func前后都存在其他逻辑的写法，则需要参考多层函数的执行顺序，wrapper 函数之外的代码会先于被执行代码执行，wrapper 函数中func前的代码会按从最外层装饰器到最内层的顺序执行，func后的代码则反过来，最内层装饰器的先执行，符合多层函数调用堆栈的抽象。

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