在 Python 开发中,我们经常需要知道一段代码、一个函数的运行耗时——比如排查脚本执行慢的问题、评估接口响应效率、对比不同算法的性能。最基础的方式是在函数前后手动记录时间戳再计算差值,但这种“重复写计时代码”的方式既繁琐又不优雅。
而 Python 装饰器(Decorator)正是解决这类“通用功能复用”问题的绝佳工具:只需写一次计时逻辑,通过“装饰”的方式就能给任意函数、脚本添加上运行时间记录功能,无需重复修改业务代码。本文从实战角度出发,从零实现一个“自动记录运行时间”的装饰器,涵盖基础版、进阶版(支持参数、多场景适配),并讲解装饰器的核心原理,让你既能用得顺手,又能理解底层逻辑。
一、先搞懂:为什么用装饰器做计时?
先看一个“手动计时”的反例——假设我们有两个函数需要计时:
import time
# 业务函数1:模拟数据处理
defprocess_data():
start = time.time() # 手动记录开始时间
time.sleep(1.2) # 模拟耗时操作
end = time.time() # 手动记录结束时间
print(f"process_data 运行耗时:{end - start:.2f}秒")
# 业务函数2:模拟接口请求
defrequest_api():
start = time.time() # 重复的计时代码
time.sleep(0.8) # 模拟耗时操作
end = time.time() # 重复的计时代码
print(f"request_api 运行耗时:{end - start:.2f}秒")
if __name__ == "__main__":
process_data()
request_api()
这种写法的问题显而易见:
- 代码重复:每个需要计时的函数都要写
start/end/print 三行代码,违反“DRY(Don't Repeat Yourself)”原则; - 侵入业务逻辑:计时代码和业务代码混在一起,函数职责不纯粹(比如
process_data 本应只处理数据,却还要负责计时); - 维护成本高:如果要修改计时格式(比如保留3位小数、输出毫秒),需要改所有函数。
而用装饰器改造后,效果是这样的(先看最终效果,再拆解实现):
import time
# 定义计时装饰器(写一次,复用无数次)
deftimer_decorator(func):
defwrapper(*args, **kwargs):
start = time.time()
result = func(*args, **kwargs) # 执行原函数
end = time.time()
print(f"{func.__name__}运行耗时:{end - start:.2f}秒")
return result
return wrapper
# 用装饰器修饰函数(一行代码搞定计时)
@timer_decorator
defprocess_data():
time.sleep(1.2)
@timer_decorator
defrequest_api():
time.sleep(0.8)
if __name__ == "__main__":
process_data() # 输出:process_data 运行耗时:1.20 秒
request_api() # 输出:request_api 运行耗时:0.80 秒
可以看到:
- 计时功能通过
@timer_decorator 一行代码添加,无需修改函数内部; - 要修改计时规则,只需改
timer_decorator 这一个地方。
这就是装饰器的核心价值:在不修改原函数代码的前提下,为函数添加额外功能。
二、从零实现:基础版计时装饰器
1. 装饰器的核心原理
装饰器本质是一个“高阶函数”——接收一个函数作为参数,返回一个新的函数(通常叫 wrapper),新函数会包裹原函数的执行逻辑,在执行前后添加额外操作(比如计时)。
用一张简单的流程图理解执行过程:
2. 基础版完整实现
import time
deftimer_decorator(func):
"""
基础版计时装饰器:记录函数运行时间并打印
参数:
func: 被装饰的函数
返回:
wrapper: 包裹了计时逻辑的新函数
"""
# 定义包裹函数,*args和**kwargs接收原函数的任意参数
defwrapper(*args, **kwargs):
# 步骤1:记录函数开始执行时间
start_time = time.time()
# 步骤2:执行原函数,保留返回值(避免原函数有返回值时丢失)
func_result = func(*args, **kwargs)
# 步骤3:记录函数结束执行时间,计算耗时
end_time = time.time()
elapsed_time = end_time - start_time
# 步骤4:打印计时结果(友好的格式)
print(f"✅函数{func.__name__}运行完成 | 耗时:{elapsed_time:.2f}秒")
# 步骤5:返回原函数的结果,保证被装饰函数的返回值正常使用
return func_result
# 返回包裹函数,替代原函数
return wrapper
# ===================== 测试使用 =====================
# 装饰无参数函数
@timer_decorator
defsay_hello():
time.sleep(0.5)
print("Hello, Python装饰器!")
# 装饰有参数函数
@timer_decorator
defcalculate_sum(a, b):
time.sleep(0.3)
return a + b
if __name__ == "__main__":
say_hello()
# 输出:
# Hello, Python装饰器!
# ✅函数 say_hello 运行完成 | 耗时:0.50 秒
result = calculate_sum(10, 20)
print(f"计算结果:{result}")
# 输出:
# ✅函数 calculate_sum 运行完成 | 耗时:0.30 秒
# 计算结果:30
3. 关键细节解释
*args 和 **kwargs:接收原函数的任意位置参数和关键字参数,保证装饰器能适配所有函数(不管原函数有没有参数、有多少参数);func_result = func(*args, **kwargs):必须执行原函数并保留返回值,否则如果原函数有返回值(比如 calculate_sum 返回求和结果),被装饰后会丢失;func.__name__:获取原函数的名称,让打印的计时信息更清晰(比如区分是 say_hello 还是 calculate_sum);- 保留两位小数:
:.2f 让耗时输出更整洁,避免出现 0.5000000001 这种冗余格式。
三、进阶优化:更实用的计时装饰器
基础版能满足基本需求,但在实际开发中,我们还需要更灵活的功能——比如输出毫秒级耗时、将计时日志写入文件、自定义计时提示语、禁用计时功能等。下面实现一个“增强版”计时装饰器,适配更多实战场景。
1. 进阶版完整实现
import time
import logging
from functools import wraps
# 初始化日志配置(可选:将计时信息写入日志文件)
logging.basicConfig(
level=logging.INFO,
format="%(asctime)s - %(levelname)s - %(message)s",
handlers=[
logging.FileHandler("timer_logs.log", encoding="utf-8"), # 写入文件
logging.StreamHandler() # 输出到终端
]
)
defadvanced_timer(units="seconds", log_to_file=False, desc=""):
"""
进阶版计时装饰器:支持自定义单位、日志记录、描述信息
参数:
units: 耗时单位,可选 "seconds"(秒)/ "milliseconds"(毫秒)
log_to_file: 是否将计时信息写入日志文件(True/False)
desc: 函数的自定义描述(方便区分不同函数的计时)
返回:
decorator: 装饰器函数
"""
# 外层函数接收装饰器的参数
defdecorator(func):
# 使用functools.wraps保留原函数的元信息(比如__name__)
@wraps(func)
defwrapper(*args, **kwargs):
start_time = time.perf_counter() # 更高精度的时间函数
try:
# 执行原函数
result = func(*args, **kwargs)
return result
finally:
# 无论原函数是否报错,都执行计时(避免异常时丢失计时)
end_time = time.perf_counter()
elapsed = end_time - start_time
# 转换单位
if units == "milliseconds":
elapsed = elapsed * 1000
unit_str = "毫秒"
else:
unit_str = "秒"
# 构造提示信息
func_name = func.__name__
desc_info = f"【{desc}】"if desc else""
message = f"⏱️{desc_info}函数{func_name}运行耗时:{elapsed:.2f}{unit_str}"
# 输出方式:终端打印或日志文件
if log_to_file:
logging.info(message)
else:
print(message)
return wrapper
return decorator
# ===================== 测试进阶版装饰器 =====================
# 示例1:默认配置(秒级、终端打印)
@advanced_timer()
deftest_1():
time.sleep(0.6)
# 示例2:毫秒级、写入日志、自定义描述
@advanced_timer(units="milliseconds", log_to_file=True, desc="数据清洗函数")
deftest_2():
time.sleep(0.45)
# 示例3:原函数抛出异常,仍能记录计时
@advanced_timer(desc="带异常的函数")
deftest_3():
time.sleep(0.2)
raise ValueError("模拟函数执行出错")
if __name__ == "__main__":
test_1()
# 输出:⏱️函数 test_1 运行耗时:0.60 秒
test_2()
# 终端+日志文件同时输出:⏱️【数据清洗函数】函数 test_2 运行耗时:450.00 毫秒
try:
test_3()
except ValueError:
pass
# 输出:⏱️【带异常的函数】函数 test_3 运行耗时:0.20 秒
2. 进阶版核心优化点
| | |
|---|
| 不同场景需要不同精度(比如短函数用毫秒,长函数用秒) | 新增 units 参数,根据参数转换耗时数值和单位字符串 |
| | 集成 logging 模块,支持同时输出到终端和日志文件 |
| | |
| | 用 try...finally 包裹,确保无论是否异常都计算耗时 |
| 基础版装饰器会导致 func.__name__ 变成 wrapper | 使用 @wraps(func) 装饰 wrapper 函数 |
| time.time() | 改用 time.perf_counter()(专为短时间测量设计,精度更高) |
3. 关键知识点:带参数的装饰器
进阶版装饰器 advanced_timer 支持传入 units/log_to_file/desc 参数,这是“带参数的装饰器”,其核心逻辑是:
- 外层函数
advanced_timer 接收装饰器的参数; - 中间层函数
decorator 接收被装饰的函数 func;
简单理解:带参数的装饰器 = 「装饰器工厂」 + 「基础装饰器」——先根据参数生成一个定制化的装饰器,再用这个装饰器修饰函数。
四、实战场景:装饰器的灵活用法
1. 装饰类中的方法
装饰器不仅能修饰普通函数,也能修饰类的实例方法/类方法:
classDataProcessor:
@advanced_timer(desc="处理用户数据")
defprocess_user_data(self, user_id):
time.sleep(0.7)
print(f"处理用户{user_id}的数据完成")
processor = DataProcessor()
processor.process_user_data(1001)
# 输出:⏱️【处理用户数据】函数 process_user_data 运行耗时:0.70 秒
2. 装饰整个脚本的主函数
在运维/自动化脚本中,常需要记录整个脚本的运行时间,只需装饰 main 函数:
@advanced_timer(units="seconds", log_to_file=True, desc="数据同步脚本主函数")
defmain():
# 脚本核心逻辑
print("开始同步数据...")
time.sleep(3.5)
print("数据同步完成!")
if __name__ == "__main__":
main()
# 日志文件中会记录:2026-01-22 15:30:00 - INFO - ⏱️【数据同步脚本主函数】函数 main 运行耗时:3.50 秒
3. 临时禁用装饰器
如果某段时间不需要计时(比如调试阶段),无需删除装饰器,只需注释掉 @ 符号,或给装饰器加开关:
# 临时禁用:注释掉装饰器
# @advanced_timer()
deftest_4():
time.sleep(0.1)
# 或添加开关参数
defconditional_timer(enable=True):
defdecorator(func):
ifnot enable:
return func # 禁用时直接返回原函数,不做任何包装
@wraps(func)
defwrapper(*args, **kwargs):
# 计时逻辑...
pass
return wrapper
return decorator
# 禁用计时
@conditional_timer(enable=False)
deftest_5():
time.sleep(0.2)
五、避坑指南:使用装饰器的常见问题
1. 原函数的元信息丢失
问题:基础版装饰器中,func.__name__ 会变成 wrapper,导致日志/打印的函数名错误。
解决:使用 from functools import wraps,并在 wrapper 函数上添加 @wraps(func)。
2. 原函数的返回值丢失
问题:装饰器中忘记返回 func_result,导致被装饰函数调用后无返回值。
解决:必须执行 result = func(*args, **kwargs) 并 return result。
3. 装饰器参数传递错误
问题:带参数的装饰器忘记加括号,比如 @advanced_timer 而非 @advanced_timer()。
解决:带参数的装饰器必须加括号(即使不传参数,也要写 @advanced_timer())。
4. 异常导致计时中断
问题:原函数抛出异常时,计时逻辑没执行,无法记录耗时。
解决:用 try...finally 包裹原函数执行逻辑,确保无论是否异常都计算耗时。
六、总结:装饰器的核心价值与扩展方向
1. 核心知识点回顾
- 装饰器是“高阶函数”,核心是“无侵入式添加功能”;
- 基础装饰器结构:
装饰器函数 → wrapper函数 → 执行原函数 + 额外逻辑; - 带参数的装饰器需要三层嵌套:
参数接收层 → 装饰器层 → wrapper层; - 关键技巧:
*args/**kwargs 适配任意参数、@wraps 保留元信息、try...finally 兼容异常。
2. 扩展方向(基于计时装饰器)
学会了计时装饰器,你可以轻松扩展出更多实用装饰器:
- 性能统计装饰器:记录函数的平均耗时、最大/最小耗时、调用次数;
- 缓存装饰器:缓存函数的执行结果,避免重复计算(比如
functools.lru_cache); - 重试装饰器:函数执行失败时自动重试(比如接口请求超时重试);
3. 最终建议
装饰器是 Python 中极具“优雅感”的特性,但其本质是“语法糖”——核心逻辑还是函数的嵌套调用。在实战中,建议:
- 优先使用
functools.wraps 保留原函数信息,避免踩坑; - 复杂场景下,可使用第三方库(如
decorator 库)简化开发。
一个简单的计时装饰器,不仅能帮你高效记录脚本运行时间,更能让你理解“面向切面编程”的思想——将通用功能(计时、日志、权限)与业务逻辑分离,让代码更简洁、更易维护。这正是 Python 装饰器的魅力所在。